ES2695529T3

ES2695529T3 - Dispositivo de refracción solar para calentamiento de materiales industriales

Info

Publication number: ES2695529T3
Application number: ES16173996T
Authority: ES
Inventors: David P Heck; Michael R Zolnowski
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2019-01-08
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: US10422553B2; EP3133355B1; US20170051947A1; JP6856986B2; BR102016017759B1; JP2017101912A; EP3133355A1; US20200003453A1; BR102016017759A2

Abstract

Un dispositivo de refracción solar ("SRD") (102) para calentamiento de un recipiente de calentamiento (726) que tiene un fondo con energía solar difusa que incide sobre una superficie exterior del SRD y se refracta a través del SRD, comprendiendo el SRD: un conjunto de matriz de lentes (100); y una pluralidad de cristales de lente (104) fijados al conjunto de matriz de lentes (100), en el que el conjunto de matriz de lentes (100) incluye una superficie exterior (108) correspondiente a la superficie exterior del SRD, una superficie interior, y una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126), en el que una sub-pluralidad de cristales de lente, de la pluralidad de cristales de lente (104), se fija a un subconjunto de matriz de lentes correspondiente de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126), en el que un subconjunto de matriz de lentes, de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes, tiene una forma convexa en el que cada subconjunto de matriz de lentes se configura para tener una longitud focal correspondiente al subconjunto de matriz de lentes lo que da como resultado que el conjunto de matriz de lentes tenga una pluralidad de longitudes focales, caracterizado por que los múltiples subconjuntos de matriz de lentes tienen cada uno una longitud focal diferente, en el que el conjunto de matriz de lentes (100) y la pluralidad de cristales de lente (104) se configuran para refractar y enfocar la energía solar difusa sobre la superficie de la superficie exterior (108) del conjunto de matriz de lentes sobre un área de calentamiento (724) dentro del recipiente de calentamiento (726), estando definida dicha área de calentamiento por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo de refraccion solar para calentamiento de materiales industriales

Antecedentes

1. Campo

La presente invencion se refiere en general a sistemas solares y, en particular, a sistemas solares utilizados para fundir materiales industriales.

2. Tecnica relacionada

Existe una necesidad en la mejora de la eficiencia energetica asociada con calentamiento y/o fusion de materiales industriales a volumenes industriales. Hasta el presente en los Estados Unidos (“US”), fundir materiales industriales implica una gran cantidad de energia siendo la fabricacion del aluminio solamente la responsable de aproximadamente el 30 % de ese consumo de energia. Se requiere una cantidad de energia incluso mayor cuando se anade acero reciclado. De ese modo, la mayor parte de las industrias de los Estados Unidos, especialmente aquellas industrias relacionadas con el reciclado de metales y fabricacion de materiales, ocupan una parte principal de todo el consumo energetico de la nacion. Por lo tanto, para casi cada industria implicada en el proceso de fabricacion o reciclado de los materiales existentes, existe una necesidad de altas cantidades de energia para fundir los materiales, calentar los materiales, o para otras etapas, o fases, clave del proceso.

En general, los dos problemas principales con el calentamiento convencional (por ejemplo, los hornos conocidos (tambien conocidos como quemadores) que utilizan gas, induccion, altos hornos, y hornos electricos de arco (“EAF”)) en su dependencia sobre los combustibles limitados y fosiles (por ejemplo, carbon, petroleo, y gas natural) asi como las ineficiencias en como se transfiere la energia termica generada para calentar el material. Se aprecia por los expertos en la materia que estos tipos de hornos tienen perdidas energeticas significativas durante el proceso de transferencia de la energia termica (es decir, el proceso de calentamiento del horno y utilizacion a continuacion de ese calor para fundir o calentar el material), lo que da como resultado finalmente una eficiencia de aproximadamente del 30 al 40 %. Este es el resultado en general debido a que grandes cantidades de energia introducida en un horno no se trasladan directamente a energia termica. Como ejemplo, un alto horno, requiere cantidades masivas de introduccion de energia para elevar su temperatura hasta su temperatura de funcionamiento. En la fusion del aluminio, por ejemplo, solo aproximadamente el 40 % de la energia utilizada por el horno va realmente a fundir el aluminio.

Este problema es tambien similar para hornos que utilizan fusion por induccion, que se realiza tipicamente al aire abierto. Los hornos electricos de resistencia (“ERT”) que utilizan el principio de calentamiento indirecto son capaces de utilizar aproximadamente el 40 % de su energia de entrada para la fusion pero en la practica tienen solo tipicamente una eficiencia del 26 % debido a que los hornos ERT experimentan tipicamente otras perdidas de energia que incluyen el calentamiento del aire y a continuacion perdida de aire caliente a traves de la conduccion de ventilacion, del revestimiento aislante del horno y perdidas de energia cuando se abre el horno de ERT. Como resultado, los hornos de EAF requieren grandes cantidades de energia electrica y pueden tener efectos medioambientales adversos. Adicionalmente, en muchos hornos de EAF se utilizan tipicamente quemadores de gas adicionales para ayudar a calentar chatarra metalica a una temperatura en la que el metal conduzca la electricidad eficientemente de modo que permita al horno de EAF funcionar apropiadamente. Mas aun, otro problema principal con estos tipos de hornos es el gran coste del carbon en el proceso por la cantidad de dioxido de carbono producido por estos sistemas. Desafortunadamente, su uso continuado es en gran medida debido al relativamente barato coste de las fuentes actuales de combustible.

Los intentos para acometer y resolver estos problemas utilizando “energia verde” (es decir fuentes de energia renovable) han de materializarse aun. Los usos conocidos de energia solar no son capaces de acometer o resolver estos problemas debido a que las tecnologias solares conocidas estan limitadas en su capacidad, ventana de operacion, y eficiencia global cuando capturan la energia solar y la transfieren a una forma utilizable. Especificamente, los sistemas solares conocidos tienen una cantidad de ineficiencias en como utilizan la energia solar tanto para calentar un objeto como para generar electricidad. Estas celulas solares colocadas sobre paneles solares utilizan celulas fotovoltaicas para convertir la energia solar que incide sobre la celula solar en electricidad. Las celulas solares comunes modernamente usadas producen aproximadamente un 18 % de conversion de energia debido a perdidas de calor y de transferencia de electricidad entre celulas solares.

Ademas de las celulas solares, los sistemas solares modernos incluyen tambien sistemas que calientan objetos, tales como tuberias de agua por ejemplo, que transfieren la energia termica resultante a otros objetos para calentamiento de esos objetos o generar electricidad a traves del movimiento de, por ejemplo, agua a traves de las tuberias hasta una turbina. Mas aun, otro problema con la energia solar es que no se concentra suficientemente en cualquier area dada para usarla a escala industrial o requiere un sistema implementado para utilizar la energia en un proceso que la convierta en electricidad utilizable.

Los intentos para resolver estos problemas incluyen el uso de sistemas de reflectores solares para intentar reflejar y enfocar la energia en un area pequena que pueda ya sea generar energia con una celula solar, calentar agua para generar electricidad a traves de una turbina, o calentar un pequeno crisol que contenga al material en un pequeno horno. Sin embargo, incluso con el uso de reflectores, el sistema resultante no tiene aun alta eficiencia. Los que utilizan celulas solares aun solo tienen el 18 % de eficiencia. Los que calientan agua tienen las mismas perdidas termicas que los sistemas de calentamiento no reflectores solares. Adicionalmente, los pequenos hornos pierden energia al tener que calentar un crisol. Mas aun, todos estos sistemas reflectores solares pierden energia por la transferencia de energia a componentes adicionales en el sistema y por perdidas por el angulo de reflexion. Adicionalmente, algunos de estos sistemas son fijos de tal forma que no se les permite seguir al Sol y, por lo tanto, limitan la cantidad de tiempo en la que pueden funcionar.

Como resultado, sin un cambio a la capacidad de energia solar moderna, la energia solar no puede competir actualmente a escala comercial y cambiar a dicha tecnologia no tendria beneficios en coste para la mayor parte de las industrias.

Esto es desafortunado debido a que la energia solar es un recurso libre que lo sera durante largos periodos de tiempo, seria amortizable cualquier aplicacion que pueda capturar apropiadamente y transferir la energia solar de una forma utilizable. De ese modo, existe una necesidad de un sistema de captura de energia solar que sea capaz de producir una cantidad de energia suficiente para su uso en procesos industriales modernos que incluyen calentamiento o fusion de materiales industriales.

La publicacion de patente AU6852881A (publicada el 25 de junio de 1981) ya divulga sistemas de recoleccion de energia solar, que trata sobre mejoras en la recoleccion de energia solar en conductos alargados que contengan lineas de enfoque lineal localizadas en o a lo largo del colector. Los documentos CN 104583686 A, US 2013/0167832 A1, US 6225551 B1 y WO 2012/072331 tambien divulgan sistemas similares de recoleccion de energia solar.

Sumario

Se divulga un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) para calentamiento de materiales industriales en un recipiente de calentamiento, que tenga un fondo, con energia solar difusa que incide sobre una superficie exterior del SRD y se refracta a traves del SRD. El SRD puede incluir un conjunto de matriz de lentes y una pluralidad de cristales de lente fijados al conjunto de matriz de lentes. El conjunto de matriz de lentes puede incluir una superficie exterior correspondiente a la superficie exterior del SRD, una superficie interior, y una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Una sub-pluralidad de cristales de lente de la pluralidad de cristales de lente puede fijarse a un subconjunto de matriz de lentes correspondiente de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Mas aun, cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa y puede configurarse para tener una longitud focal correspondiente al subconjunto de matriz de lentes lo que da como resultado que el conjunto de matriz de lentes tenga una pluralidad de longitudes focales, en el que los multiples subconjuntos de matriz de lentes tienen cada uno una longitud focal diferente, en el que el conjunto de matriz de lentes y la pluralidad de cristales de lente se configuran para refractar y enfocar la energia solar difusa sobre la superficie de la superficie exterior del conjunto de matriz de lentes sobre un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento, estando definida dicha area de calentamiento por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes. Como un ejemplo de funcionamiento, el SRD se configura para realizar un metodo que incluye la refraccion de la energia solar incidente sobre el SRD a traves del conjunto de matriz de lentes que tiene la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. La energia solar refractada se enfoca entonces sobre una pluralidad de puntos focales, en el que cada punto focal corresponde a un subconjunto de matriz de lentes de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Utilizando la pluralidad de puntos locales, el proceso crea entonces un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento. El proceso calienta entonces el material industrial dentro del recipiente de calentamiento en el area de calentamiento utilizando la energia solar refractada enfocada.

Tambien se divulga un metodo para fabricar el SRD. El metodo incluye determinar el tipo y cantidad de material industrial a ser fundido y determinar una cantidad de energia necesaria para fundir el material industrial. Se determina entonces un tamano de matriz de un conjunto de matriz de lentes para producir la cantidad de energia previamente determinada, en el que el conjunto de matriz de lentes se configura para refractar la luz solar que incide sobre el conjunto de matriz de lentes al material industrial. El metodo incluye entonces determinar una longitud focal del conjunto de matriz de lentes, ensamblar un bastidor de soporte para soportar el conjunto de matriz de lentes, ensamblar una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes y fijar la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes en el conjunto de matriz de lentes, en el que el metodo comprende ademas proporcionar a cada subconjunto de matriz de lentes su propia longitud focal diferente, en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa, y configurar el conjunto de matriz de lentes y la pluralidad de cristales de lente para refractar y enfocar la energia solar difusa de la superficie exterior del conjunto de matriz de lentes sobre un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento, estando definida dicha area de calentamiento por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes. Otros dispositivos, aparatos, sistemas, metodos, caracteristicas y ventajas de la invencion seran o se convertiran en evidentes para un experto en la materia tras el examen de las siguientes figuras y descripcion detallada. Se pretende que todos los dichos sistemas, metodos, caracteristicas y ventajas adicionales esten incluidos dentro de esta descripcion, esten dentro del alcance de la invencion, y esten protegidos por las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripcion de las figuras

La invencion puede entenderse mejor por referencia a las figuras siguientes. Los componentes en las figuras no estan necesariamente a escala, poniendose enfasis en su lugar en la ilustracion de los principios de la invencion. En las figuras, numeros de referencia iguales designan partes correspondientes a todo lo largo de las diferentes vistas. La FIG. 1 es una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de una implementacion de un conjunto de matriz de lentes de un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 2 es una vista posterior del conjunto de matriz de lentes mostrado en la FIG. 1 de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 3 es una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de una implementacion de un subconjunto de matriz de lentes del conjunto de matriz de lentes mostrado en las FIGS. 1 y 2 de acuerdo con la presente divulgacion. La FIG. 4 es una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de una implementacion de una matriz de cristales de lente de columna unica de los subconjuntos de matriz de lentes mostrados en las FIGS. 1, 2 y 3 de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 5A es una vista del sistema de un ejemplo de implementacion de una lente convexa de difraccion.

La FIG. 5B es una vista del sistema de una matriz de cristales de lente de columna unica mostrada en la FIG. 4 de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 6 es una vista lateral en perspectiva del subconjunto de matriz de lentes mostrado en la FIG. 3 de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 7 es una vista posterior en perspectiva de otro ejemplo de una implementacion de un conjunto de matriz de lentes del SRD y un recipiente de calentamiento de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 8 es una vista del sistema del SRD mostrado en la FIG. 7 de acuerdo con la presente invencion.

La FIG. 9 es una vista posterior en perspectiva de una pluralidad de SRD, como se muestra en las FIGS. 7 y 8, utilizados para fundir un material industrial de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 10 es un diagrama de flujo de un ejemplo de la implementacion del proceso realizado por el SRD ilustrado en las FIGS. 1-9 de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 11 es un diagrama de flujo de un ejemplo de una implementacion del proceso realizado en la fabricacion del SRD de acuerdo con la presente divulgacion.

La FIG. 12 es un diagrama del sistema de un ejemplo de una implementacion del SRD utilizado para alimentar una turbina de acuerdo con la presente divulgacion.

Descripcion detallada

Un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) para calentamiento de materiales industriales en un recipiente de calentamiento, que tiene un fondo, con energia solar difusa que incide sobre una superficie exterior del SRD y se refracta a traves del SRD de acuerdo con la presente divulgacion. El SRD puede incluir un conjunto de matriz de lentes y una pluralidad de cristales de lente fijados al conjunto de matriz de lentes. El conjunto de matriz de lentes puede incluir una superficie exterior correspondiente a la superficie exterior del SRD, una superficie interior, y una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Una sub-pluralidad de cristales de lente de la pluralidad de cristales de lente puede fijarse a un subconjunto de matriz de lentes correspondiente de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Mas aun, cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa y puede configurarse para tener una longitud focal correspondiente al subconjunto de matriz de lentes lo que da como resultado que el conjunto de matriz de lentes tenga una pluralidad de longitudes focales.

Como un ejemplo de funcionamiento de acuerdo con la presente divulgacion, el SRD se configura para realizar un metodo que incluye refractar la energia solar incidente (es decir, la energia solar que da directamente y/o ilumina el SRD que puede difundirse (es decir dispersarse) a lo largo de una superficie exterior del SRD) sobre el SRD a traves del conjunto de matriz de lentes que tiene la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. La energia solar refractada se enfoca entonces sobre una pluralidad de puntos focales, en el que cada punto focal corresponde a un subconjunto de matriz de lentes de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. Utilizando la pluralidad de puntos focales, el proceso crea entonces un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento. El proceso calienta entonces el material industrial dentro del recipiente de calentamiento en el area de calentamiento utilizando la energia solar refractada enfocada.

Tambien se divulga un metodo para fabricar el SRD de acuerdo con la presente divulgacion. El metodo incluye determinar el tipo y cantidad de material industrial a ser fundido y determinar una cantidad de energia necesaria para fundir el material industrial. Se determina entonces un tamano de matriz de un conjunto de matriz de lentes para producir la cantidad de energia previamente determinada, en el que el conjunto de matriz de lentes se configura para refractar la luz solar que incide sobre el conjunto de matriz de lentes al material industrial. El metodo incluye entonces determinar una longitud focal del conjunto de matriz de lentes, ensamblar una estructura de soporte para soportar el conjunto de matriz de lentes, y ensamblar el conjunto de matriz de lentes. En la presente divulgacion el material industrial pueden incluir cualquier tipo de material utilizado en un proceso industrial, de calentamiento o fusion. Ejemplos de material industrial incluyen materiales industriales metalicos tales como, por ejemplo, aluminio, acero, hierro u otros metales o aleaciones, materiales industriales no metalicos tales como, por ejemplo, plasticos u otros no metales reciclables, gases, o liquidos (tal como, por ejemplo, agua).

En la FIG. 1, se muestra una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de la implementacion de un conjunto de matriz de lentes 100 de un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) 102 de acuerdo con la presente divulgacion. El SRD 102 incluye un conjunto de matriz de lentes 100 y una pluralidad de cristales de lente 104 fijados al conjunto de matriz de lentes 100. En este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 100 puede incluir un bastidor de soporte 106 construido de un material rigido tal como, por ejemplo, un metal tal como acero o aluminio u otros materiales no metalicos rigidos. El bastidor de soporte 106 puede incluir una pluralidad de aberturas que se configuran para aceptar la pluralidad de cristales de lente 104, en la que cada uno se configura para fijarse al conjunto de matriz de lentes 100. El bastidor de soporte 106 se construye de un material rigido que sea suficientemente fuerte para soportar el peso de, y las tensiones causadas por, la pluralidad de cristales de lente 104 colocados dentro de la pluralidad de aberturas en el bastidor de soporte 106. El conjunto de matriz de lentes 100 incluye una superficie exterior 108 que tambien corresponde a la superficie exterior del SRD, una superficie interior (no mostrada), y una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. En general, cada subconjunto de matriz de lentes es un panel discreto de un conjunto de matriz de lentes 100. En este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 100 se muestra con nueve (9) subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126. Cada subconjunto de matriz de lentes se muestra con una sub-pluralidad de cristales de lente (entre la pluralidad total de cristales de lente 104) fijados al subconjunto de matriz de lentes correspondiente. Como un ejemplo, parte de una estructura de soporte 128 tambien se muestra fijada a un lateral del conjunto de matriz de lentes 100. La estructura de soporte 128 puede fijarse al bastidor de soporte 106 de tal forma que permita a la estructura de soporte 128 mantener el conjunto de matriz de lentes 100 a la distancia predeterminada del recipiente de calentamiento (no mostrado pero descrito a continuacion) en el que la distancia predeterminada es una distancia que se basa en las multiples longitudes focales del conjunto de matriz de lentes 100 (descritas con mayor detalle a continuacion). De modo similar al bastidor de soporte 106, la estructura de soporte 128 puede construirse tambien de un material rigido que sea suficientemente fuerte para soportar el peso de, y las tensiones producidas por, el conjunto de matriz de lentes 100 y puede incluir materiales rigidos metalicos y no metalicos. Adicionalmente, en este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 100 se muestra con una forma convexa tridimensional siendo tambien convexo cada subconjunto de matriz de lentes correspondiente 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126. La forma convexa es aproximadamente parabolica a lo largo del eje x 130 y eje z 132 y tambien a lo largo del eje y 134 y eje z 132. En un ejemplo de funcionamiento el SRD 102 refractaria la energia solar difusa 136 (es decir, la energia solar incidente) que incide sobre la superficie exterior 108 (de tanto el SRD 102 como del conjunto de matriz de lentes 100) a traves del SRD 102 dando como resultado un haz enfocado de la energia solar refractada 138 que se enfoca en una direccion a lo largo del eje z 132 separandose de la superficie interior del conjunto de matriz de lentes 100.

En este ejemplo, se aprecia por los expertos en la materia que solo se han mostrado en la FIG. 1 nueve (9) subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126, con finalidades de ilustracion. Sin embargo, el conjunto de matriz de lentes 100 puede incluir mas o menos subconjuntos de matriz de lentes basandose en el diseno y aplicacion del SRD 102. Como se describira a continuacion, en general cada subconjunto de matriz de lentes producira un haz enfocado correspondiente de energia solar refractada que tendra una longitud focal que corresponde al subconjunto de matriz de lentes especifico. Las longitudes focales resultantes de los diferentes subconjuntos de matriz de lentes pueden ser diferentes entre si de modo que los haces enfocados combinados de energia solar refractada (para cada subconjunto de matriz de lentes) se combinan para formar el haz enfocado de energia solar refractada 138 que produce un area de calentamiento (descrita a continuacion) que no esta enfocada en un punto aproximado separado (es decir, un unico punto caliente) del conjunto de matriz de lentes 100 (descrito con mas detalle a continuacion).

A partir del detalle de la FIG. 1, en este ejemplo, el SRD 102 se muestra con un conjunto de matriz de lentes 100 con forma de octagono bidimensional convexo. Adicionalmente, el conjunto de matriz de lentes 100 se muestra con cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes convexas 110, 112, 114, 116 y 118 con forma rectangular bidimensional convexa y cuatro (4) subconjuntos de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 con forma triangular bidimensional convexa. Mas aun, cada subconjunto de matriz de lentes 110, 112, 114, 116 y 118 con forma rectangular bidimensional convexa se muestra teniendo 8 por 8 (es decir 64) cristales de lente (o pluralidad de aberturas para 64 cristales de lente) y cada subconjunto de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 de forma triangular bidimensional convexa se muestra teniendo 28 cristales de lente (o una pluralidad de oberturas para 28 cristales de lente) y ocho (8) cristales de lente de dimension mitad (o una pluralidad de oberturas para 8 cristales de lente de dimension mitad). Esto da como resultado el SRD 102 que tiene, en este ejemplo, un total de 432 cristales de lente y 32 cristales de lente de tamano mitad. Cada uno de los cristales de lente de la pluralidad de cristales de lente 104 puede ser cristales de lente planos que se aproximan a una forma parabolica en el subconjunto de matriz de lentes correspondientes basandose en el tamano y numero de los cristales de lente planos discretos en el subconjunto de matriz de lentes o cristales de lente con forma convexa real. Adicionalmente, cada cristal de lente puede fabricarse o bien de vidrio, acrilico, o de otro medio similar. Mas aun, cada cristal de lente puede ser un cristal de lente plano o en pendiente o una lente Fresnel de modo que el SRD 102 pueda ensamblarse a partir de una combinacion de cristales de lente planos, cristales en pendiente, y lentes Fresnel. En general, los cristales de lente pueden ser extraibles e intercambiables dentro del conjunto de matriz de lentes 100. Adicionalmente, para hacer al SRD 102 mas dinamico, pueden instalarse controles individuales (no mostrados) en secciones del conjunto de matriz de lentes 100 o en cada abertura que se configura para recibir un cristal de lente en el conjunto de matriz de lentes 100 de modo que los controles pueden tener la capacidad de ajustar la posicion de los cristales individuales para ajustar el enfoque del SRD 102. De nuevo, la forma de octagono bidimensional convexa del conjunto de matriz de lentes 100 es un ejemplo con finalidades de ilustracion y puede ser de forma diferente basandose en el diseno del conjunto de matriz de lentes 100.

Pasando a la FIG. 2, se muestra una vista posterior del conjunto de matriz de lentes 100, mostrado en la FIG. 1 a lo largo del plano de division A-A’ 140, de acuerdo con la presente divulgacion. La FIG. 2 ilustra mejor la relacion de la pluralidad de subconjuntos 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126 y pluralidad de cristales de lente 104 en relacion con el conjunto de matriz de lentes 100. Como se ha descrito anteriormente, en este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 100 tiene una forma de octagono e incluye cinco subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116 y 118 de forma rectangular, respectivamente, y cuatro subconjuntos de lentes 120, 122, 124 y 126 de forma triangular, respectivamente. En este ejemplo, como se ha descrito anteriormente, los cinco subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116 y 118 de forma rectangular incluyen 64 cristales de lente designados por 200, 202, 204, 206 y 208, respectivamente. De modo similar, los cuatro subconjuntos de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 de forma triangular incluyen 28 cristales de lente designados por 210, 212, 214, y 216, respectivamente, y 8 cristales de lente de dimension parcial 218, 220, 222 y 224, respectivamente. Si los cuatro subconjuntos de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 de forma triangular son generalmente equivalentes a la mitad de un subconjunto de matriz de lentes de forma rectangular, entonces los cuatro subconjuntos de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 con forma triangular actuan como el equivalente a dos subconjuntos de matriz de lentes de forma rectangular. En este caso, el conjunto de matriz de lentes 100 puede describirse teniendo un total de siete (7) subconjuntos de matriz de lentes de forma rectangular en lugar de nueve (9). Como resultado, el SRD 100 tendra un total equivalente de 448 cristales de lente fijados al conjunto de matriz de lentes 100.

En general, la cantidad de energia producida por el SRD 102 se relaciona directamente con la localizacion en la que se utilizara el SRD 102 y el tamano de la matriz del conjunto de matriz de lentes 100. Cuanto mayor sea la concentracion de luz solar mayor sera la cantidad de energia que puede producirse por el SRD 102 para un tamano dado del conjunto de matriz de lentes 100. Especificamente, de acuerdo con datos promedio del National Renewable Energy Laboratory (“NREL”) desde 1998 a 2009, areas dentro de los Estados Unidos tales como Arizona y partes de California, Nevada, Nuevo Mexico, Colorado y Hawai reciben como promedio anual mas de 7,5 kWhora (“kWh”) por metro cuadrado (m2) por dia de energia solar concentrada (“CSP”) que esta disponible para su uso por los sistemas solares.

En general, la cantidad de energia solar que cae sobre la Tierra en cualquier ano natural empequenece la produccion de energia total de todos los combustibles fosiles del mundo usados en las industrias mundiales. Por ejemplo, el estado de Kentucky recibe aproximadamente 3,75 kW/m2 de energia solar por dia de sol y areas de energia mayores, tales como Hawai, reciben aproximadamente 5,75 kW/m2 de energia solar por dia. Solo una fraccion de estos totales se usa para crear energia utilizable con las celulas solares actuales debido a que, las celulas solares usadas comunmente en la actualidad generalmente solo alcanzan aproximadamente el 18 % de conversion de energia debido a perdidas de calor, angulo de reflexion, y transferencia de la electricidad.

De ese modo, utilizando Hawai como un ejemplo para la fusion de aluminio, un subconjunto de matriz de lentes 110, 112, 114, 116 y 118 de 1,83 m por 1,83 m (6 pies por 6 pies) (es decir, un area de aproximadamente 4 m2) seria capaz de enfocar aproximadamente 4 kWh de energia solar de modo que el conjunto de matriz de lentes 100 tendria la capacidad de enfocar al menos 28 kWh de energia solar teniendo en cuenta los cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116 y 118 de forma rectangular y cuatro (4) subconjuntos de matriz de lentes 120, 122, 124 y 126 de forma triangular. Suponiendo, un 85 % de eficiencia en este ejemplo, el SRD 102 sera capaz de fundir aproximadamente 33,6 kg (74 libras) de aluminio por hora.

En la FIG. 3, se muestra una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de una implementacion de un subconjunto de matriz de lentes 300 el conjunto de matriz de lentes 100 (mostrado en las FIGS. 1 y 2) de acuerdo con la presente divulgacion. El subconjunto de matriz de lentes 300 se muestra incluyendo un bastidor de soporte 302 y aproximadamente 36 cristales de lente 304 organizados en seis (6) filas y seis (6) columnas. La razon para mostrar solamente seis (6) columnas y filas en este ejemplo es por conveniencia de ilustracion dado que cada cristal de lente 304 se muestra dentro de un bastidor de soporte del subconjunto de matriz de lentes 300. El bastidor de soporte se muestra con un primer lado 306 y un segundo lado 308. En este ejemplo, la curvatura convexa del primer lado 306 del bastidor de soporte se muestra lo largo del eje ^x 310 y del eje z 312. De modo similar, la curvatura convexa del segundo lado 308 del bastidor de soporte se muestra lo largo del eje y 314 del eje z 312. Como se ha descrito anteriormente, la curvatura convexa puede ser aproximadamente parabolica tanto para el primer como el segundo lados 306 y 308 del bastidor de soporte. Si aproximadamente parabolico, el conjunto de matriz de lentes 100 producira un haz mas enfocado de energia solar refractada 138 debido a que en general una parabola es una curva especial que tiene la relacion matematica por la que cualquier punto a lo largo de la curva de una parabola es equidistante de un punto fijo (matematicamente denominado como el foco de la parabola pero a no confundir con los terminos de foco utilizados en la presente divulgacion) dentro de la curva de la parabola.

Adicionalmente, en la FIG. 3, los cristales 304 de una primera columna 316 de cristales 304 se muestran recibiendo energia solar difusa y enfocandola 318 a un punto focal 320. Mas especificamente, pasando a la FIG. 4, se muestra una vista posterior en perspectiva de un ejemplo de una implementacion de una matriz de cristales de lente 400 en columna simple del subconjunto de matriz de lentes mostrado 300 (mostrado en la FIG. 3) de acuerdo con la presente divulgacion. En este ejemplo, la matriz de cristales de lente 400 de columna simple incluye seis (6) cristales de lente 402, 404, 406, 408, 410 y 412. Como un ejemplo de funcionamiento, la matriz de cristales de lente 400 de columna simple se configura para recibir una parte 414 de la energia solar difusa 136 que incide en la superficie exterior del SRD y refracta esa parte 414 a traves de los cristales de lente 402, 404, 406, 408, 410 y 412 para producir un haz enfocado 416 de energia solar que se enfoca a un punto focal 418. Para explicar adicionalmente este ejemplo, en las FIGS. 5A y 5B, se muestran vistas del sistema de una lente convexa de difraccion 500 continua y de una matriz de cristales de lente 502 de columna unica (mostrada en la FIG. 4, cortada a lo largo del plano B-B’ 420) a lo largo de una linea central 504. En ambos ejemplos, la energia solar difusa 506 incidente se difracta y enfoca 508 y 510 a puntos focales 512 y 514, respectivamente. Como resultado, durante el funcionamiento, la lente convexa de difraccion discreta creada por la matriz de cristales de lente 502 de columna unica enfoca 510 la energia solar difractada en aproximadamente el mismo punto focal 514 que el punto focal 512 de la lente convexa de difraccion continua 500.

En la FIG. 6, se muestra una vista lateral en perspectiva del subconjunto de matriz de lentes 600 (mostrado en la FIG. 3 como el subconjunto de matriz de lentes 300) de acuerdo con la presente divulgacion. A diferencia de la FIG.

3, en la FIG. 6, se muestra un ejemplo de funcionamiento en el que la energia solar difusa 602 incide sobre la superficie exterior 604 del subconjunto de matriz de lentes 600 que incluye la pluralidad de cristales de lente 606. Cada cristal de lente de la pluralidad de cristales de lente 606 difracta a continuacion una parte de la energia solar difusa 602 y todos los haces difractados desde la pluralidad de cristales de lente 606 se enfocan 608 en un punto focal 610 que se utiliza para calentar o fundir un material industrial (no mostrado). En este ejemplo, la longitud focal 612 del subconjunto de matriz de lentes 600 se muestra como la distancia entre el punto focal 610 y una linea central 614 del subconjunto de matriz de lentes 600. Esta longitud focal 612 se basa en un diseno del subconjunto de matriz de lentes 600. Volviendo a las FIGS. 1 y 2, se observa que hay multiples subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126 en los que cada uno tiene su propia longitud focal correspondiente. Adicionalmente, estas multiples longitudes focales no son iguales basandose en el diseno del SRD para calentamiento o fusion de un material industrial. Al tener diferentes longitudes focales o diferentes puntos focales para cada subconjunto de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 y 126, el conjunto de matriz de lentes 100 puede configurarse para enfocar la energia solar difusa que un area pequena en lugar de en un punto. Esto permite al SRD 102 configurarse para fundir un material industrial en un plano de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento mediante la distribucion del calor de la energia solar enfocada sobre una pequena area del plano de calentamiento. Si la energia solar enfocada no se distribuyera sobre una pequena area, puede potencialmente quemar el material industrial y danar potencialmente el recipiente de calentamiento debido a que unico punto enfoca la energia demasiado intensamente para ser controlado apropiadamente como un horno.

Extendiendose sobre esto en la FIG. 7, se muestra una vista posterior en perspectiva de otro ejemplo de una implementacion de un conjunto de matriz de lentes 700 del SRD 702 de acuerdo con la presente divulgacion. En este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 700 se muestra teniendo cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 y 712 de forma rectangular, respectivamente. Pueden anadirse tambien subconjuntos de matriz de lentes de forma triangular como se ha descrito anteriormente, sin embargo, en este ejemplo solo se muestran cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 y 712 de forma rectangular con finalidades de ilustracion. En este ejemplo, el conjunto de matriz de lentes 700 se muestra teniendo cinco longitudes focales o puntos focales diferentes 714, 716, 718, 720 y 722 para los subconjuntos de matriz de lentes individuales 704, 706, 708, 710 y 712. Los puntos focales resultantes definen la pequena area de calentamiento 724 del recipiente de calentamiento 726. En general, al no dirigir la luz refractada a una unica direccion, la luz puede enfocarse sobre la pequena area de calentamiento 724 que es suficientemente pequena para calentar o incluso fundir el material industrial en el recipiente de calentamiento 726 mientras que es suficientemente grande para mantener el material industrial calentado o fundido a una temperatura deseada.

Se muestra adicionalmente en este ejemplo la estructura de soporte 128 que puede estar soportando el conjunto de matriz de lentes 700. En este ejemplo, el area de calentamiento 724 se muestra estando a una distancia predeterminada 728 del conjunto de matriz de lentes 700. Especificamente, la distancia predeterminada 728 es la distancia 728 entre una linea central 730 del plano del area de calentamiento 724 y otra linea central 732 del conjunto de matriz de lentes 700. La distancia predeterminada 728 se relaciona generalmente con las longitudes focales de los subconjuntos de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 y 712 individuales que producen correspondientemente los puntos focales 714, 716, 718, 720 y 722 que dan como resultado el area de calentamiento 724. Como resultado, la distancia predeterminada 728 se basa en el diseno del conjunto de matriz de lentes 700 debido a que las longitudes focales se basan en el diseno del subconjunto de matriz de lentes 700. La estructura de soporte 128 se configura para mantener esta distancia predeterminada 728 entre el conjunto de matriz de lentes 700 y el area de calentamiento 724 dentro del recipiente de calentamiento 726. Como tal, dado que el tipo de material, grosor, posicion y angulo de los cristales de lente dentro de cada subconjunto de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 y 712 determina los puntos focales correspondientes 714, 716, 718, 720 y 722, se aprecia que el tipo de material, grosor, posicion y angulo de los cristales de lente dentro de cada subconjunto de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 y 712 puede disenarse tambien de modo que produzcan los puntos focales correspondientes 714, 716, 718, 720 y 722 a la distancia predeterminada 728.

Pasando a la FIG. 8, se muestra un planteamiento alternativo. En la FIG. 8, se muestra una vista del sistema de SRD 800 de acuerdo con la presente divulgacion. En este ejemplo, se muestra una linea central 802 para la lente equivalente 803 de la pluralidad de cristales de lente del SRD 800 y el SRD 800 se muestra teniendo una longitud focal 804 que se extiende a un punto focal 806 que sobrepasa el fondo 808 del recipiente de calentamiento 810. Como un ejemplo de funcionamiento, el recipiente de calentamiento 810 esta lleno de material industrial 812 a ser fundido tal como, por ejemplo, aluminio. La energia solar difusa incidente 814 es refractada por la pluralidad de cristales de lente del SRD 800 para formar una pluralidad de haces solares refractados 816 (tambien conocidos como rayos) que se enfocan en un punto focal 806 que sobrepasa el fondo 808 del recipiente de calentamiento 810. Dado que el recipiente de calentamiento 810 esta lleno de aluminio a fundir 812 los haces solares refractados enfocados 816 no pueden concentrar su energia combinada en el punto focal 806 y en su lugar inciden sobre el aluminio 812 en un plano de calentamiento 820 que puede corresponder a la linea de llenado del aluminio 812 en el recipiente de calentamiento 810. Dado que el plano de calentamiento 820 corresponde a un area de calentamiento 822 en la abertura 824 del recipiente de calentamiento 810, el calor resultante generado por los haces solares refractados enfocados 816 se distribuye sobre el area de calentamiento 822 que es un area relativamente pequena comparada con el tamano del SRD 800. Mediante un diseno apropiado del SRD 800, el area de calentamiento 822 recibe la cantidad de energia apropiada del SRD 800 para o bien calentar o bien fundir apropiadamente el material industrial (en este ejemplo aluminio) 812 en el recipiente de calentamiento. En general, dado que el SRD 800 enfoca luz con minima perdida de energia, la intensidad de luz mas alta esta en el centro 826 pero es mas difusa al moverse hacia el exterior desde el centro 826. De ese modo, la intensidad mas alta de calor en el plano de calentamiento 820 esta en el centro y a continuacion disminuye en intensidad al separarse del centro 826 dando como resultado un area de calentamiento efectiva 822. Como se ha descrito anteriormente, la longitud focal 804 se relaciona con la longitud predeterminada 830 entre la linea central 802 de la lente equivalente 803 al recipiente de calentamiento 810 en donde la longitud predeterminada 830 es la longitud desde la linea central 802 al plano de calentamiento 820 dentro del recipiente de calentamiento 810.

En algunos casos de fusion, un SRD 800 individual puede no ser capaz de generar apropiadamente la energia suficiente para fundir adecuadamente un material industrial 812 en un recipiente de calentamiento 810 o para fundir suficiente cantidad de material industrial 812 para ser competitivo con metodos no solares. En estos casos, pueden utilizarse multiples SRD en una cadena para incrementar la cantidad de material industrial a ser fundido, calentar el material industrial en etapas, o ambos. En la FIG. 9, se muestra una vista posterior en perspectiva de una pluralidad de SRD 900, 902, 904 y 906 de acuerdo con la presente divulgacion. En este ejemplo, los SRD 900, 902, 904 y 906 se utilizan para fundir un material industrial 908 en una pluralidad de recipientes de calentamiento 910, 912, 914 y 916, respectivamente. En este ejemplo, los multiples SRD 900, 902, 904 y 906 pueden posicionarse en cualquier sistema de seguimiento solar conocido para recolectar la cantidad optima de luz solar durante el dia. Para mantener el enfoque de energia optimo de los SRD 900, 902, 904 y 906, los recipientes de calentamiento 910, 912, 914 y 916, pueden moverse desde un SRD al siguiente a traves de un sistema de seguimiento 918. En este ejemplo, el sistema de seguimiento 918 puede configurarse para introducir o extraer un recipiente de calentamiento 910, 912, 914 y 916 dado, y en cualquier punto durante el proceso de calentamiento y fusion para retirar el material fundido calentado e introducir nuevos materiales en nuevos recipientes de calentamiento (no mostrado).

Pasando a la FIG. 10, se muestra un diagrama de flujo 1000 de un proceso de ejemplo realizado por el SRD de acuerdo con la presente divulgacion. En general, el proceso incluye el calentamiento de un material industrial dentro de un recipiente de calentamiento con el SRD. El metodo comienza en 1002 mediante, en la etapa 1004, refractar la energia solar incidente sobre el SRD a traves de un conjunto de matriz de lentes que tienen una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes y, en la etapa 1005, enfocar la energia solar refractada sobre una pluralidad de puntos focales, en el que cada punto focal corresponde a un subconjunto de matriz de lentes de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes. El metodo crea a continuacion, en la etapa 1006, un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento utilizando la pluralidad de puntos focales o longitudes focales y a continuacion, en la etapa 1008, calienta el material industrial dentro del recipiente de calentamiento en el area de calentamiento utilizando la energia solar refractada enfocada. El proceso acaba entonces 1010.

En la FIG. 11, se muestra un diagrama de flujo 1100 de un proceso de ejemplo realizado en la fabricacion del SRD de acuerdo con la presente divulgacion. El proceso comienza 1102 determinando el tipo y cantidad de material industrial a ser fundido en la etapa 1104. Por ejemplo, si el tipo de aplicacion puede incluir calentamiento o fusion del aluminio, acero u otros metales, calentamiento o fusion de un material industrial o metalico, calentamiento de agua, calentamiento, ablandamiento, o fusion de plastico. Una vez se determina esto, el proceso (en la etapa 1106) incluye determinar una cantidad de energia necesaria para calentar o fundir el material industrial. Como un ejemplo, para fundir aluminio, el SRD necesita producir aproximadamente 30.000 vatios para fundir aproximadamente 45,36 kg (100 libras) de aluminio por hora. El proceso, en la etapa 1108, incluye a continuacion determinar un tamano de matriz para el conjunto de matriz de lentes para producir la cantidad de energia previamente determinada, en el que el conjunto de matriz de lentes se configura para refractar la luz solar que incide sobre el conjunto de matriz de lentes al material industrial. Como un ejemplo, en Hawai el sol produce aproximadamente 1000 vatios por metro cuadrado de modo que el conjunto de matriz de lentes necesita ser de aproximadamente 30 m2 (es decir, aproximadamente 6 metros por 6 metros). El proceso determina entonces, en la etapa 1110, una longitud focal del conjunto de matriz de lentes basandose en la geometria del conjunto de matriz de lentes. El proceso incluye, en la etapa 1112, el ensamblaje del conjunto de matriz de lentes. El proceso acaba entonces 1114. En este ejemplo, el ensamblaje del conjunto de matriz de lentes puede incluir tambien el ensamblado de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes y la fijacion de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes en el conjunto de matriz de lentes, en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una longitud focal correspondiente y en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa. El ensamblaje del conjunto de matriz de lentes puede incluir ademas la fijacion de una pluralidad de cristales de lente a cada pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes, en el que los cristales de lente pueden incluir lentes Fresnel. Mas aun, el ensamblaje del conjunto de matriz de lentes puede incluir tambien un primer subconjunto de matriz de lentes con una longitud focal correspondiente diferente de una segunda longitud focal correspondiente a un segundo subconjunto de matriz de lentes.

Se apreciara por los expertos en la materia que aunque los ejemplos previos describen calentamiento y fusion de materiales industriales en un recipiente de calentamiento, el SRD puede utilizarse tambien para calentar (y no fundir) diferentes tipos de materiales para su uso en, por ejemplo, calderas industriales y procesadores electroquimicos en los que la energia proporcionada por el SRD se usa para calentar materiales intermedios tales como agua para producir vapor que puede utilizarse para otros procesos tales como turbinas de generacion, calentamiento de productos quimicos, o proporcionar transferencia de calor para otros tipos de sistemas de calentamiento.

Pasando a la FIG. 12, se muestra un diagrama del sistema de un ejemplo de una implementacion del SRD 1200 utilizado para alimentar una turbina 1202 de acuerdo con la presente divulgacion. La turbina 1202 puede incluir una pluralidad de palas de turbina (tambien conocidas como alabes) 1204 y un arbol 1206. En este ejemplo, la turbina 1202 se conecta a un recipiente de calentamiento 1208 a traves de al menos un conducto tubular de entrada 1210 y un conducto tubular de salida 1212. El recipiente de calentamiento 1208 puede tener una pluralidad de tuberias de calentamiento 1214 dentro del recipiente de calentamiento 1208 que se configuran para ser calentadas por el SRD 1200. Las tuberias de calentamiento 1214 pueden llenarse con un fluido tal como, por ejemplo, un gas (tal como, por ejemplo, aire), vapor, agua, u otro fluido que pueda calentarse que sea capaz de ser calentado en el recipiente de calentamiento 1208 y pasarse a la turbina 1202 que es una maquina rotativa que extrae la energia del flujo de fluido resultante y la convierte en energia de trabajo util que hace girar 1216 el arbol 1206. En un ejemplo de funcionamiento, el SRD 1200 puede recibir energia solar y enfocarla 1218 hacia las tuberias de calentamiento 1214 del recipiente de calentamiento 1208. Como anteriormente, pueden enfocarse 1218 multiples puntos focales 1220, 1222, 1224 y 1228 hacia el recipiente de calentamiento 1208 dando como resultado un area de calentamiento 1230 a lo largo del recipiente de calentamiento 1208. El fluido en las tuberias de calentamiento 1214 se calienta entonces y el fluido calentado 1232 pasa a la turbina 1202 a traves del conducto tubular de entrada 1210. El fluido calentado hace girar las palas de la turbina 1204 dando como resultado la rotacion 1216 del arbol 1206 a lo largo de su eje. El fluido de escape se devuelve al recipiente de calentamiento 1208 a traves del conducto tubular de salida 1212. Se apreciara por los expertos en la materia que pueden implementarse tambien otros ejemplos de calentamiento industrial mediante la utilizacion del SRD 1200 como un dispositivo de calentamiento para otros materiales industriales.

Se entendera que pueden cambiarse diversos aspectos o detalles de la invencion sin apartarse del alcance de la invencion. Esta no es exhaustiva y no limita las invenciones reivindicadas a la forma precisa divulgada. Adicionalmente, la descripcion precedente tiene solamente las finalidades de ilustracion, y no la finalidad de limitacion. Son posibles modificaciones y variaciones a la luz de la descripcion anterior o pueden adquirirse a partir de la puesta en practica de la invencion. Las reivindicaciones y sus equivalentes definen el alcance de la invencion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) (102) para calentamiento de un recipiente de calentamiento (726) que tiene un fondo con energfa solar difusa que incide sobre una superficie exterior del SRD y se refracta a traves del SRD, comprendiendo el SRD:

un conjunto de matriz de lentes (100); y

una pluralidad de cristales de lente (104) fijados al conjunto de matriz de lentes (100),

en el que el conjunto de matriz de lentes (100) incluye

una superficie exterior (108) correspondiente a la superficie exterior del SRD,

una superficie interior, y

una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126),

en el que una sub-pluralidad de cristales de lente, de la pluralidad de cristales de lente (104), se fija a un subconjunto de matriz de lentes correspondiente de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126),

en el que un subconjunto de matriz de lentes, de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes, tiene una forma convexa

en el que cada subconjunto de matriz de lentes se configura para tener una longitud focal correspondiente al subconjunto de matriz de lentes lo que da como resultado que el conjunto de matriz de lentes tenga una pluralidad de longitudes focales, caracterizado por que los multiples subconjuntos de matriz de lentes tienen cada uno una longitud focal diferente,

en el que el conjunto de matriz de lentes (100) y la pluralidad de cristales de lente (104) se configuran para refractar y enfocar la energfa solar difusa sobre la superficie de la superficie exterior (108) del conjunto de matriz de lentes sobre un area de calentamiento (724) dentro del recipiente de calentamiento (726), estando definida dicha area de calentamiento por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes.

2. El SRD de la reivindicacion 1, en el que al menos algunos de los cristales de lente (104) de la sub-pluralidad de cristales de lente (104) son lentes Fresnel.

3. El SRD de la reivindicacion 2,

en el que cada subconjunto de matriz de lentes (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126) tiene una forma convexa,

en el que la forma convexa de cada subconjunto de matriz de lentes es aproximadamente parabolica,

en el que cada subconjunto de matriz de lentes se configura para tener una longitud focal que esta mas alla del fondo del recipiente de calentamiento (726) de modo que define un plano de calentamiento (820) dentro del recipiente de calentamiento (726) por encima del fondo del recipiente de calentamiento, y

en el que el plano de calentamiento corresponde al area de calentamiento (822).

4. El SRD de la reivindicacion 3 que incluye adicionalmente una estructura de soporte (128) conectada al conjunto de matriz de lentes (100), en el que la estructura de soporte (128) se configura para soportar el conjunto de matriz de lentes (100) a una distancia predeterminada del recipiente de calentamiento, preferentemente incluyendo ademas un seguidor solar conectado a la estructura de soporte (128), en el que el seguidor solar se configura para mover la estructura de soporte (128) de tal manera que mantenga una elevada cantidad de energfa solar siendo refractada a traves del SRD y enfocada en el area de calentamiento.

5. El SRD de la reivindicacion 2,

en el que cada cristal de lente (104) se fija al subconjunto de matriz de lentes en un angulo que se determina mediante una distancia predeterminada desde el recipiente de calentamiento, y

en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma parabolica aproximada, preferentemente en el que el conjunto de matriz de lentes incluye al menos cinco subconjuntos de matriz de lentes.

6. El SRD de la reivindicacion 3, en el que la longitud focal (612) correspondiente a un primer subconjunto de matriz de lentes es diferente a la longitud focal correspondiente a un segundo subconjunto de matriz de lentes.

7. Un metodo para fabricar un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para calentamiento de materiales industriales en un recipiente de calentamiento (726) que tenga un fondo, comprendiendo el metodo:

determinar una cantidad de energfa necesaria para fundir una cantidad de un material industrial (1104);

determinar un tamano de matriz de un conjunto de matriz de lentes para producir la cantidad de energfa previamente determinada, basandose al menos en parte en la cantidad de material industrial, en el que el conjunto de matriz de lentes se configura para refractar la luz solar que incide sobre el conjunto de matriz de lentes al material industrial (1106);

determinar una longitud focal del conjunto de matriz de lentes (1110);

ensamblar un bastidor de soporte para soportar el conjunto de matriz de lentes; ensamblar una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes y

fijar la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes en el conjunto de matriz de lentes,

caracterizado por que el metodo comprende ademas proporcionar a cada subconjunto de matriz de lentes su propia longitud focal diferente, en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa, y configurar el conjunto de matriz de lentes (100) y una pluralidad de cristales de lente (104) para refractar y enfocar la energia solar difusa de la superficie exterior (108) del conjunto de matriz de lentes sobre un area de calentamiento (724) dentro del recipiente de calentamiento (726), estando definida dicha area de calentamiento por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes.

8. El metodo de la reivindicacion 7, en el que el ensamblaje del conjunto de matriz de lentes incluye ensamblaje de una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes y

en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una longitud focal correspondiente y en el que cada subconjunto de matriz de lentes tiene una forma convexa.

9. El metodo de la reivindicacion 8, en el que el ensamblaje de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes incluye fijar una pluralidad de cristales de lente a cada pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes, preferentemente en el que la fijacion de la pluralidad de cristales de lente incluye fijar una pluralidad de lentes Fresnel a cada pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes.

10. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 7-9,

en el que el ensamblaje del conjunto de matriz de lentes incluye el ensamblado del conjunto de matriz de lentes con una forma aproximada parabolica, y

en el que determinar la longitud focal del conjunto de matriz de lentes incluye determinar una longitud focal que este mas alla del fondo del recipiente de calentamiento de modo que defina un plano de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento por encima del fondo del recipiente de calentamiento.

11. El metodo de la reivindicacion 10, en el que ensamblar una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes incluye adicionalmente ensamblar un primer subconjunto de matriz de lentes con una longitud focal correspondiente diferente de una longitud focal correspondiente a un segundo subconjunto de matriz de lentes.

12. Un metodo para calentamiento de un recipiente que tenga un fondo con un dispositivo de refraccion solar (“SRD”) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, comprendiendo el metodo:

refractar la energia solar incidente sobre el SRD a traves de un conjunto de matriz de lentes que tenga una pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (1004);

enfocar la energia solar refractada sobre una pluralidad de puntos focales, en el que cada punto focal corresponde a un subconjunto de matriz de lentes de la pluralidad de subconjuntos de matriz de lentes (1005); comprendiendo adicionalmente el metodo: crear un area de calentamiento dentro del recipiente de calentamiento utilizando la pluralidad de puntos focales (1006), de modo que el calentamiento se define por los puntos focales de los subconjuntos de matriz de lentes.

13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que enfocar la energia solar refractada incluye enfocar la energia solar refractada en una pluralidad de puntos focales que sobrepasan el fondo del recipiente de calentamiento, preferentemente, en el que enfocar la energia solar refractada incluye ademas enfocar la energia solar refractada de cada subconjunto de matriz de lentes en puntos focales que tienen diferentes longitudes focales.

14. El metodo de la reivindicacion 13, en el que enfocar la energia solar refractada incluye ademas enfocar la energia solar refractada a traves de una pluralidad de lentes de Fresnel.

15. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en el que calentar el material industrial incluye fundir el material industrial.