ITRM20110004A1

ITRM20110004A1 - Connettori per impianti solari a concentrazione.

Info

Publication number: ITRM20110004A1
Application number: IT000004A
Authority: IT
Inventors: Orazio Nunzio D; Adriano Rolando
Original assignee: Advanced Res Consulting S R L; Umbra Meccanotecnica
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-11
Also published as: EP2663813A2; WO2012095886A2; CN103582788A; US20140008909A1; WO2012095886A3; IT1403761B1; EP2663813B1; ES2531265T3

Description

Connettori per impianti solari a concentrazione

La presente invenzione riguarda connettori di tubi ricevitori solari irraggiati in impianti solari a concentrazione .

PiÃ¹ dettagliatamente, l'invenzione riguarda dei connettori funzionali al collegamento rapido di tubi ricevitori per impianti solari a concentrazione. Detti tubi solari o caldaie solari, grazie alla seguente invenzione, vengono agevolmente giuntati per realizzare impianti solari a concentrazione solitamente montati su parabole (parabolic through solar plants) ma non esclusivamente (tecnologia Fresnel).

Detta invenzione consente, inoltre, di compensare le dilatazioni lineari dei tubi solari, dovute alle differenze di temperatura che si instaurano a seguito dell'irraggiamento solare e del riscaldamento di un fluido termovettore che scorre dentro i predetti tubi solari.

La presente invenzione aumenta l'affidabilitÃ di tali impianti solari a concentrazione e diminuisce le criticitÃ che si instaurano durante la fase di montaggio di detti impianti. Consente, infine, una flessibilitÃ operativa non ottenibile con la tecnica corrente.

Com'Ã ̈ ben noto, il funzionamento di un impianto solare a concentrazione prevede l'amplificazione dell'irraggiamento solare tramite concentrazione dello stesso irraggiamento per mezzo di specchi concentratori, generalmente ma non necessariamente di forma parabolica, che convogliano l'irraggiamento su un tubo ricevitore o tubo solare, per aumentare la potenza termica raccolta dal tubo e favorire l'aumento di entalpia di un fluido termovettore (riscaldamento ad alta temperatura, cambiamento di fase, etc...) che scorre al suo interno, o comunque una trasformazione termodinamica che favorisca trasformazioni termo chimiche all'interno del fluido (riformulazione chimica del fluido termovettore) .

Il fluido Ã ̈ successivamente utilizzato per una serie di applicazioni che sfruttano tale stato termodinamico, quali ad esempio applicazioni connesse alla conversione di energia termica in energia elettrica tramite impianti di trasformazione che utilizzino turbine a gas e turbine a vapore o impianti combinati; applicazioni connesse a processi di riformulazione (reforming) di idrocarburi leggeri puri o in miscela (quali ad esempio metano, propano, butano, gas di petrolio liquefatto, metanolo) finalizzati all'arricchimento del combustibile in frazioni combustibili di maggiore pregio (idrogeno o idrocarburi piÃ¹ leggeri) o alla decomposizione o riformulazione di combustibili dalla formulazione chimica originale a forme molecolari piÃ¹ semplici.

Pur essendo le applicazioni delle caldaie solari piÃ¹ ampie, nel seguito si farÃ riferimento in particolare al loro uso come tubi ricevitori in impianti finalizzati alla produzione di energia elettrica nella tecnologia del solare termodinamico a concentrazione su specchi parabolici ("parabolic through collectors") o in accordo alla tecnologia Fresnel, senza per questo voler limitare a questa sola applicazione l'ambito della presente invenzione.

La tecnologia che permette l'utilizzazione di energia solare per la produzione di energia elettrica, di seguito definita piÃ¹ semplicemente "solare termodinamico" , si basa sulla concentrazione dell'energia solare su un tubo ricevitore che si trova sul fuoco di un sistema di specchi parabolici e all'interno del quale scorre un fluido termovettore (attualmente scelto, ad esempio, tra gli oli diatermici e i sali fusi) che si porta ad una temperatura elevata (nelle applicazioni correnti 550-600°C) , tale energia termica essendo poi messa a disposizione, eventualmente attraverso un fluido intermedio, tramite una sezione di accumulazione dell'energia termica, per la conversione in energia meccanica e/o elettrica, mediante un ciclo termodinamico di trasformazione, quali ad esempio i cicli Rankine, Hirn, Joule o Ericsson, in cui il fluido termovettore o il fluido intermedio rappresentano la sorgente a temperatura superiore.

Il rapporto di concentrazione realizzato dagli specchi parabolici (oggi pari a 50-70) fa sÃ¬ che il tubo si porti ad elevata temperatura, cosÃ¬ da aumentare l'entalpia del fluido termovettore che scorre al suo interno (usualmente per aumento di temperatura ma anche grazie a passaggi di stato. Il livello di temperatura del fluido (o livello di entalpia) Ã ̈, quindi, sensibilmente maggiore rispetto ai valori possibili senza concentrazione dell'energia solare.

Risulta cosÃ¬ possibile ampliare l'utilizzazione dell'energia solare cosÃ¬ concentrata e trasferita ad alta temperatura, ovvero entalpia, a settori di applicazione che non sarebbero possibili senza concentrazione, in particolare, come giÃ osservato, all'alimentazione di cicli termodinamici per la conversione dell'energia termica in energia meccanica ed elettrica, o al reforming di combustibili o ad altre applicazioni che richiedano una temperatura o una entalpia elevata.

Secondo la tecnologia attuale, detti tubi solari hanno standard dimensionali e costruttivi ben definiti. Nelle realizzazioni di tecnologia nota tali tubi sono costituiti da:

a) un tubo interno, di materiale metallico, di spessore tale da resistere alla pressione del fluido termo-vettore rivestito secondo la tecnica nota con appositi materiali (tipo CERMED<®>) per la riduzione dell'energia re-irradiata e l'aumento del coefficiente di assorbimento;

b) un tubo coassiale in vetro, opportunamente isolato termicamente dal tubo solare e realizzato con un materiale trasparente alla radiazione solare e opaco a quella re-irradiata dal tubo metallico; in tal modo una frazione significativa dell'energia re-irradiata dal tubo metallico (in virtÃ¹ della sua elevata temperatura di esercizio) viene recuperata;

c) un'intercapedine tra il tubo metallico e il tubo di vetro, mantenuta sottovuoto, che evita la trasmissione di energia termica tra il tubo metallico ed il tubo in materiale trasparente per i fenomeni di conduzione termica e di convezione;

d) un sistema di tenuta statica tra il tubo metallico ed il tubo di vetro, insieme ad appositi soffietti elastici (metallici) che consentono di assorbire le dilatazioni assiali differenziali tra il tubo in metallo e quello in materiale trasparente (vetro).

Gli elementi a), b), c) e d) sono integrati in una unica unitÃ che realizza le funzioni descritte. In relazione alla tecnologia attuale, tali tubi appaiono ad esempio come nelle figure la e lb.

In particolare, la figura la mostra una configurazione in cui la parte terminale del tubo solare mostra il sistema di compensazione del diverso allungamento tra vetro (esterno, b) e metallo (interno, a) secondo una tecnica nota. Lo spazio c Ã ̈ tale da evitare la trasmissione di energia termica per convezione e conduzione. Ãˆ evidente che, nel caso mostrato in figura la, la compensazione porta il soffietto elastico d a compressione.

La configurazione mostrata con riferimento alla figura lb, nella parte terminale del tubo solare mostra un sistema di compensazione del diverso allungamento tra vetro (esterno, b) e metallo (interno, a) secondo una seconda soluzione della tecnica nota. Lo spazio c Ã ̈ tale da evitare la trasmissione di energia termica per convezione e conduzione. In questo caso la compensazione porta il soffietto elastico d a trazione.

L'impianto solare a concentrazione viene realizzato montando tali tubi sul fuoco di parabole concentratrici , cosÃ¬ realizzando unitÃ di elevata lunghezza (la tecnologia attuale prevede lunghezze di centinaia di metri). Tali parabole concentratrici aggregate ruotano tramite apposito sistema di attuazione ed inseguono, cosÃ¬, la posizione del disco solare.

Nella tecnologia attuale, le soluzioni di impianti solari a concentrazione con specchi parabolici ruotanti ad inseguire il disco solare (detti, con terminologia inglese, parabolic through), presentano le seguenti caratteristiche :

a) le dimensioni dei tubi solari (che sono le unitÃ elementari dell'impianto) sono di circa 4m di lunghezza per un diametro inferiore ad 0,01m;

b) una serie di tubi solari, collegati sino a formare una lunghezza di circa 12m, forma una cosiddetta parabola, che Ã ̈ l'unitÃ dove si realizza la concentrazione dell'energia solare sul tubo solare;

c) una serie di parabole, sino a raggiungere lunghezze di 50-75m, formano le cosiddette stringhe solari, che vengono movimentate da uno stesso sistema di attuazione che le orienta ad inseguimento del disco solare;

d) una serie di stringhe solari sino a raggiungere lunghezze di 100 - 150m realizzano un cosiddetto collettore solare, in grado di incrementare di un certo valore (in relazione alla sua lunghezza) la temperatura del fluido termodinamico;

e) una serie di collettori solari, operando in serie, sino a raggiungere lunghezze di circa 60 Om, formano un cosiddetto anello {o loop), che conduce il fluido termodinamico alla temperatura di esercizio desiderata;

f) una serie di anelli (loop) solari, operando in parallelo, formano il cosiddetto campo solare.

La realizzazione di un campo solare, le cui unitÃ elementari sono state sopra definite a puro scopo indicativo, senza pregiudizio di generalitÃ , pone, secondo lo stato della tecnica ad oggi noto, problemi costruttivi ed operativi, che riguardano:

1) la connessione tra i tubi solari su una parabola ;

2) la connessione tra parabole a realizzare una stringa ;

3) la connessione tra stringhe a realizzare un collettore .

La tecnologia attuale prevede, consecutivamente per i punti 1), 2) e 3), le seguenti soluzioni.

1. I tubi solari vengono pre-assemblati in officina con lunghezze di circa 4m, saldati sul sito dove Ã ̈ in costruzione l'impianto solare sino ad una lunghezza pari a quella della parabola, cosÃ¬ realizzando un'unica unitÃ ricevente equivalente. La tecnologia nota non presenta elementi di compensazione delle dilatazioni termiche che si producono sull'unitÃ ricevente equivalente. PiÃ¹ in particolare, il tubo metallico Ã ̈ libero di espandere a seguito dell'aumento di temperatura e tali dilatazioni, quindi, vengono trasmesse alla parabola successiva. Ovviamente, il singolo tubo solare, come si evince dalle Figure 1a e 1b giÃ precedentemente descritte, Ã ̈ provvisto di un sistema che compensa le diverse dilatazioni tra il tubo in materiale trasparente e quello metallico al suo interno, realizzato tramite soffietti metallici; nella tecnica attuale, perÃ², i tubi metallici, una volta saldati tra di loro per una lunghezza pari a quella della parabola, sono liberi di dilatarsi in modo congiunto.

2. Il tubo solare, che ha la lunghezza di una parabola (realizzato saldando tubi solari elementari) viene saldato a quello della parabola successiva, cosÃ¬ realizzando unitÃ di lunghezza maggiore, dette precedentemente stringhe, cosÃ¬ connettendo un definito numero di parabole concentratrici. In tal modo, le dilatazione differenziali di un tubo di lunghezza pari a quella della parabola si sommano a quelle delle altre parabole sino a chÃ© viene realizzata una stringa.

3. Una singola stringa, o porzioni di stringhe adiacenti, o varie stringhe adiacenti, vengono ruotate (cosÃ¬ ruotando un definito gruppo di parabole) con un sistema di attuazione comune, realizzato tramite motori elettrici o comandi idraulici o pneumatici o di altra tecnologia, che allinea le parabole al disco solare in modo che i raggi solari (paralleli) possano avere una incidenza ottimale con gli specchi che formano le parabole. Tale sistema di attuazione viene solitamente alloggiato su una struttura metallica, o in calcestruzzo o mista o altro, detta ad esempio pilone o torre, meccanicamente separata dai gruppi di parabole che vengono movimentate. Per realizzare tale rotazione comune, il tubo solare (che ha assunto quindi una considerevole lunghezza per saldature successive effettuate su singoli tubi solari) viene riportato sull'asse di rotazione delle parabole tramite "manicotti flessibili realizzati con tessuto metallico - tessile", di cui un esempio Ã ̈ mostrato nella figura 2, la cui manifattura Ã ̈ tale da assorbire le notevoli dilatazioni realizzate sul tubo solare (somma di quelle elementari di tutti i tubi solari tra loro saldati) e le torsioni che si generano per il fatto che i sistemi di attuazione adiacenti a quello considerato non sono perfettamente sincroni. Tale operazione di riportare il tubo solare da un'altezza che Ã ̈ quella del fuoco delle parabole a quella del sistema di rotazione delle parabole stesse Ã ̈ cinematicamente necessaria per consentire la rotazione stessa. Detto elemento di connessione, definito "manicotto flessibile realizzato con tessuto metallico - tessile", a titolo di esempio, ma potendo essere realizzato anche con altra manifattura, realizza primariamente la compensazione della dilatazione longitudinale di tutti i tubi solari ad esso collegati. Secondariamente, detto "manicotto flessibile realizzato con tessuto metallico- tessile" realizza la compensazione tra le rotazioni non perfettamente sincrone di gruppi di parabole adiacenti.

In particolare, con riferimento alla figura 2, in cui sono mostrate due stringhe affiancate, la freccia A indica la direzione delle dilatazioni lineari dei due tubi riceventi delle stringhe affiancate e con il riferimento numerico 2 Ã ̈ indicato l'asse di rotazione degli specchi parabolici. Con 3 Ã ̈ indicato il sistema di tenuta che consente la rotazione relativa tra parabole di stringhe adiacenti e con 4 i rispettivi tubi flessibili per la compensazione delle dilatazioni lineari del tubo ricevente. La stringa o collettore di destra, 5d, ha un diverso sistema di attuazione da quello del collettore di sinistra, 5s. La connessione realizzata ha lo scopo di consentire gli allungamenti complessivi degli elementi 1 (dovuti alle dilatazioni termiche dei tubi solari meccanicamente collegati) e le differenti rotazioni, che inevitabilmente sono presenti tra la parte destra e quella sinistra, essendo diversi i sistemi di attuazione del moto ad inseguire il disco solare (sistemi 5s e 5d).

Pertanto, le compensazioni connesse alle differenti temperature del tubo solare metallico avvengono ogni tratto di lunghezza pari a diverse decine di metri, piÃ¹ in particolare 100-150m, ogni qual volta l'altezza del tubo stesso viene riportata a quella del sistema di rotazione.

A titolo di esempio, ma senza pregiudizio per la generalitÃ della presente invenzione, si puÃ² considerare che, con una delle tecnologie attuali, che prevede l'uso di sali fusi come fluido termovettore:

- la lunghezza di un tubo solare elementare Ã ̈ di circa 4m;

- la lunghezza di una parabola Ã ̈ di circa 12m,-- la lunghezza di una stringa Ã ̈ di circa 50m, ma potendo essere in accordo all'evoluzione attuale, anche maggiore (75 m o piÃ¹);

- la lunghezza un anello (loop) Ã ̈ di circa 600m, tale lunghezza essendo tale da garantire che, se trattasi di sale fuso che funge da fluido termovettore e scorre con una definita portata massica, possa essere riscaldato da 290°C a 550°C;

la potenza dell'impianto viene aumentata aumentando il numero degli anelli (loop) in parallelo; ciascun anello, secondo la tecnologia nota che utilizza i sali fusi, porta un contributo di potenza elettrica prodotta pari a circa 500kW elettrici;

- le parabole che vengono simultaneamente attuate sono da 8 a 12, per un lunghezza di tubo solare simultaneamente attuato in rotazione pari a 100-150m.

Secondo la tecnica nota si presentano una serie di criticitÃ , tra cui, con riferimento alle connessioni realizzate tra tubi solari elementari e tra parabole e tra stringhe o loro porzioni per le saldature effettuata in sito, le principali sono di seguito riportate .

In primo luogo, le saldature vengono effettuate in sito, cioÃ ̈ sul posto dove viene realizzato l'impianto. CiÃ² conferisce al processo di saldatura stesso una qualitÃ non sempre accettabile, con frequente necessitÃ di ri-lavorazioni. Anche la verifica della qualitÃ della saldatura non puÃ² essere effettuata come potrebbe esserlo in ambiente protetto. C'Ã ̈ da osservare, infatti, che i siti dove vengono realizzati tali impianti solari a concentrazione sono siti isolati, caratterizzati da grandi irraggiamenti solari, predisposti per il futuro in zone remote e desertiche, anche ostili da un punto di vista ambientale. La presenza di polveri e le difficoltÃ operative rendono in tutti questi casi non agevole la realizzazione di una saldatura di buona qualitÃ . Inevitabilmente, poi, la saldatura realizza una situazione di discontinuitÃ .

Inoltre, il processo di montaggio dell'impianto presenta esso stesso una certa difficoltÃ . Una volta saldati a terra i tubi solari per una lunghezza pari a quella di una parabola, i tubi stessi vengono portati sull'asse focale della parabola e fissati ad opportune cerniere cilindriche. Questa operazione viene ripetuta per tutte le parabole che realizzano una stringa e poi un collettore. In tale fase, il mantenimento della coassialitÃ del tubo solare con il fuoco della parabola non sempre puÃ² essere garantito. La perfetta coincidenza tra l'asse del tubo solare e quello delle parabole allineate tra loro Ã ̈ un importante elemento di funzionalitÃ dell'impianto complessivo e condiziona fortemente la potenza dell'impianto stesso. Stringenti specifiche di montaggio fissano proprio la precisione dell'allineamento al fuoco delle parabole. Le soluzioni secondo la tecnica nota presentano forti limitazioni in questo senso.

Non solo, ma su un singolo anello (loop) di collettori (attualmente avente una lunghezza di circa 600m) risultano circa centocinquanta saldature, che realizzano inevitabilmente un numero di criticitÃ molto significativo. Inoltre, se si considerano tutti i tratti che vengono interessati dai rispettivi cordoni di saldatura, che nelle soluzioni secondo la tecnica nota non presentano alcuna protezione all'irraggiamento realizzata dal tubo in materiale trasparente, essi rappresentano una fonte di perdita solo parzialmente evitata. Nella tecnologia attuale, tali zone vengono infatti isolate con un materiale (costituito ad esempio nastri, protezioni avvolte o avvolgenti) che impedisce l'irraggiamento, ma rappresenta comunque delle discontinuitÃ e ponti termici di perdita. Tale perdita si riflette quindi sulle potenzialitÃ termiche del campo solare.

Ancora, in caso di avaria di uno o piÃ¹ tubi solari, o di malfunzionamento di una o piÃ¹ parabole, o di manutenzioni che riguardino i componenti citati, ma anche sezioni maggiori dell'impianto solare, secondo la tecnologia attuale, i vari elementi devono essere dissaldati (taglio del tubo) con le criticitÃ che ne conseguono. Tali operazioni devono essere svolte in sito, in condizioni critiche di operativitÃ . Il ripristino della funzionalitÃ richiede poi la ri-saldatura dei tubi con le criticitÃ che seguono.

Inoltre, la compensazione connessa alle dilatazioni del tubo solare, che assume diverse temperature in dipendenza dell'aumento di temperatura del fluido termovettore (su un loop di 600m, nel caso di sale fuso come fluido termovettore di definita portata, il tubo solare ha una differenza di temperatura ai sui capi di circa 250-300°C) viene effettuata, ogni 100-150m, appunto dagli elementi di connessione di materiale tessile-metallico che riportano il tubo solare alla quota del sistema di rotazione, per cui gli allungamenti di ciascun tubo elementare si sommano (tubo per tubo). La presenza di saldature su ogni tubo elementare (attualmente lungo circa 4m) realizza dilatazioni differenziali sul cordone di saldatura, che generano sollecitazioni di natura termica che gravano sulla saldatura stessa. A titolo di esempio, ma senza limitazione di generalitÃ per la presente invenzione, ad una lunghezza di tubo solare di 100m corrispondono dilatazioni termiche differenti a seconda della posizione del tratto di tubo: nella sezione terminale dell'impianto tali allungamenti sono pari a circa 1000mm, un valore di allungamento molto considerevole da compensare.

In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione secondo la presente invenzione, che si propone di risolvere i suddetti problemi attraverso la realizzazione di un sistema di connessione tra tubi elementari e/o tra stringhe e/o tra gruppi di stringhe o piÃ¹ semplicemente tra tubi elementari di qualsiasi numerositÃ che sostituisce le attuali saldature. A tali sistemi di connessione, costituiti da connettori per impianti solari a concentrazione, per economia di descrizione di seguito si farÃ riferimento con il termine connettore solare.

Senza perdita di generalitÃ per il connettore solare secondo la presente invenzione, nel seguito della descrizione si farÃ riferimento a due tipologie fondamentali: la prima, mostrata con riferimento alla figura 3 e indicata come connettore solare-A, in grado di effettuare la funzione di connessione tra due tubi elementari adiacenti e caratterizzata da facilitÃ di connessione e di di-sconnessione e da protezione verso l'irraggiamento esterno; e la seconda, mostrata con riferimento alla figura 4 e indicata come connettore solare-B, che associa alla funzione del connettore solare-A anche quella di compensare le dilatazioni connesse alle differenze di temperatura dei tratti collegati con il sistema dell'invenzione.

Nella versione che compensa le dilatazioni dei tubi solari (connettore solare B), la presente invenzione risolve anche il problema che si pone nei manicotti di tessuto tessile e/o rinforzato da fibre metalliche oggi impiegati per tale funzione e per consentire piccole rotazioni tra le stringhe di tubi solari .

L'adozione di tali sistemi di connessione (connettore solare A e B) consente inoltre di poter sezionare (interrompere) facilmente e con una certa rapiditÃ le unitÃ che vengono collegate che dovessero presentare dei malfunzionamenti o rotture accidentali o esigenze di manutenzione o altro che renda necessario escluderli temporaneamente o continuamente dall'impianto solare. Tali operazioni risultano particolarmente agevoli se i tubi solari adottano i sistemi di connessione oggetto della presente invenzione, non richiedendo in detti casi, operazione di taglio dei tubi o altro.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ quindi quello di realizzare dei connettori per un impianto solare a concentrazione che permettano di superare i limiti delle soluzioni di connessione (saldature) secondo la tecnica nota e dei giunti flessibili soggetti a flesso torsione e di ottenere risultati tecnico-operativi che risolvono i problemi precedentemente descritti.

Ulteriore scopo dell'invenzione Ã ̈ che detti sistemi di connessione possano essere realizzati con costi sostanzialmente contenuti, sia per quanto riguarda la produzione che per quanto concerne i costi di connessione con i tubi solari elementari.

Non ultimo scopo dell'invenzione Ã ̈ quello di realizzare sistemi di connessione per un impianto solare a concentrazione che siano sostanzialmente semplici, sicuri ed affidabili.

Per risolvere i problemi delle soluzioni secondo la tecnica nota, e raggiungere gli obiettivi detti, viene proposta secondo la presente invenzione una prima tipologia di connessione tra tubi solari elementari, avente le funzioni di assicurare la continuitÃ tra tubi adiacenti integrando nel sistema di connessione la protezione verso l'irraggiamento verso l'esterno, sintomatico di perdita di energia termica.

Inoltre, viene proposta secondo la presente invenzione una seconda tipologia di connessione tra tubi solari elementari avente le funzioni di:

- assicurare la continuitÃ tra tubi adiacenti, integrando nel sistema di connessione la protezione verso l'irraggiamento verso l'esterno, sintomatico di perdita di energia termica;

- assicurare la funzione di compensazione delle dilatazioni assiali connesse alla differenza di temperatura che caratterizza i tubi solari elementari o piÃ¹ di un tubo solare elementare comunque essi siano connessi tra loro.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un connettore per impianti solari a concentrazione, comprendente due terminali rispettivamente destinati ad essere accoppiati ai tubi interni metallici di un tubo solare, detti terminali essendo provvisti di mezzi di accoppiamento reciproco rimovibile a incastro.

In particolare, secondo l'invenzione, detti terminali sono accoppiati a detti tubi metallici di detti tubi solari mediante saldatura.

Preferibilmente, sempre secondo l'invenzione, detti mezzi di accoppiamento reciproco a incastro di detti terminali comprendono una ghiera montata su uno di detti terminali e libera di ruotare su se stessa rispetto ad esso, l'altro terminale essendo dotato sulla circonferenza esterna di una pluralitÃ di perni che si impegnano con un corrispondente numero di asole sagomate ed angolate, ricavate su detta ghiera, ed una serie di cave per l'inserimento di una corrispondente chiave a settore.

Inoltre, secondo l'invenzione, detti mezzi di accoppiamento reciproco a incastro di detti terminali comprendono ulteriormente una sede per l'alloggiamento di un elemento elastico di tenuta statica, ricavata alternativamente su uno di detti due terminali.

In particolare, sempre secondo l'invenzione, ciascuno di detti due terminali puÃ² essere collegato ad un corrispondente terminale di un sistema di compensazione comprendente un soffietto metallico, collegato tramite saldatura a mozzi laterali che collegano il soffietto a due terminali di connessione con detti due terminali accoppiati a detti tubi interni metallici di un tubo solare, e comprendente ulteriormente mezzi di rinforzo e protezione da sollecitazioni meccaniche dovute ad un non perfetto allineamento assiale del sistema e da mezzi di agevolazione del flusso all'interno del connettore.

Preferibilmente, secondo la presente invenzione, detti mezzi di rinforzo e protezione da sollecitazioni meccaniche comprendono una pluralitÃ di tiranti, supportati da flange a loro volta accoppiate a detto soffietto metallico e a detti mozzi laterali; e detti mezzi di agevolazione del flusso all'interno del connettore comprendono un sistema di convogliamento a cannocchiale e preferibilmente comprendono ulteriormente un sistema elastico di tenuta, posizionato all'estremitÃ di detto convogliatore.

Alternativamente, secondo l'invenzione, detti mozzi laterali di detto sistema di compensazione sono entrambi dritti, oppure entrambi curvi, o ancora uno curvo e uno dritto.

Infine, secondo la presente invenzione, detto connettore per impianti solari a concentrazione comprende uno schermo anti-irraggiamento.

Risultano evidenti i vantaggi della soluzione della presente invenzione, che propone al contempo rispettivamente :

- un sistema di connessione tra tubi irradiati da luce solare diretta o concentrata, che realizza la continuitÃ del tubo, relativamente alla circolazione di un fluido termovettore che raccoglie detta energia solare e la trasforma in aumento entalpico;

un sistema di connessione come al punto precedente, che integra alla funzione descritta quella di compensare le dilatazioni di temperatura che si generano su piÃ¹ tubi solari collegati meccanicamente tra di loro, per il fatto che detti tubi sono percorsi internamente da un fluido termo-vettore che, riscaldandosi, produce su detti tubi un gradiente di temperatura assiale;

un sistema di connessione come ai punti precedenti che realizza una deviazione del tubo solare che riporta l'asse del tubo solare dalla quota del fuoco a quella del sistema di rotazione delle parabole, attuate da uno stesso sistema si rotazione delle parabole, funzionale all'inseguimento del disco solare; detta deviazione del tubo solare puÃ² essere in senso discendente (dalla quota del fuoco della parabola a quella del sistema di rotazione) o ascendente (dalla quota dell'asse del sistema di rotazione delle parabole a quella del fuoco delle parabole stesse);

- un sistema di connessione come descritto ai punti precedenti, che integra un apposito sistema di riduzione dell'irraggiamento del tubo solare verso l'esterno e della conseguente perdita energetica.

La presente invenzione verrÃ ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

- la figura la mostra una vista in sezione di una porzione di un primo sistema di compensazione del diverso allungamento tra vetro e metallo in un tubo solare secondo la tecnica nota;

- la figura 1b mostra una vista in sezione di una porzione di un secondo sistema di compensazione del diverso allungamento tra vetro e metallo in un tubo solare secondo la tecnica nota;

- la figura 2 mostra una vista schematica di un sistema di connessione di stringhe di tubi solari secondo la tecnica nota;

- la figura 3 mostra una vista in sezione di un connettore solare secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 3a mostra una vista in prospettiva del connettore solare della figura 3;

- la figura 4 mostra una vista in sezione di un connettore solare secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4a mostra una vista in prospettiva del connettore solare della figura 4;

- la figura 4b mostra una vista in sezione di un connettore solare secondo una terza forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4c mostra una vista in prospettiva del connettore solare della figura 4b;

- la figura 5 mostra una vista in sezione di un connettore solare secondo una quarta forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 5a mostra una vista in prospettiva del connettore solare della figura 5;

- la figura 5b mostra una vista in sezione di un connettore solare secondo una quinta forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 mostra un connettore solare secondo una sesta forma di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 7 mostra un connettore solare secondo una settima forma di realizzazione della presente invenzione .

Le figure 3 e 4 si riferiscono alle due tipologie definite precedentemente come connettore solare-A e connettore solare-B. A titolo di esempio non limitativo viene riportata, inoltre, una soluzione definita come connettore solare C, che consente di effettuare una variazione di direzione del fluido termovettore verso l'alto o verso il basso (nel seguito anche indicate con le sigle "SX" e "DX") che realizza i due tratti ascendente e discendente alle estremitÃ del singolo collettore .

In particolare, la figura 3 e la figura 3a mostrano la versione base del sistema di connessione rapida secondo la presente invenzione, priva di sistema di compensazione delle dilatazioni del tubo. Il dispositivo Ã ̈ costituito da un terminale 301 e da un terminale 302, cui Ã ̈ collegata una ghiera 303, tramite il fermo 304, detta ghiera 303 essendo libera di ruotare su se stessa rispetto al terminale 302. Il terminale 301 Ã ̈ dotato sulla circonferenza esterna di una pluralitÃ di perni 305 che vanno ad impegnare un corrispondente numero di asole sagomate ed angolate, ricavate su detta ghiera 303 ed una serie di cave 306 per l'inserimento di una corrispondente chiave a settore; tali cave 306 possono essere realizzate con profilo diverso (ingrandimento 307), in relazione alle tipologie di chiavi reperibili in commercio (o appositamente realizzate per effettuare lo scopo descritto) . Anche la ghiera 303 Ã ̈ dotata di una serie di cave 306, per l'inserimento della chiave a settore che consente la connessione meccanica.

Su una delle due estremitÃ di ciascun terminale 301 e 302 Ã ̈ ricavato il mozzo per l'ancoraggio tramite saldatura della corrispondente unitÃ elementare in fase di pre-assemblaggio in officina; il profilo del mozzo sarÃ realizzato in relazione alla tipologia di unione che si intende ottenere fra tubo e terminale; di testa (come indicato in figura 3 con il riferimento numerico 308) o in alternativa per sovrapposizione (come indicato nell'ingrandimento 309).

Uno dei due terminali (nel caso della figura 3 il terminale 301) Ã ̈ dotato di apposita sede per l'alloggiamento di un elemento elastico di tenuta statica 310, quando i due terminali 301 e 302 sono uniti fra di loro e serrati tramite la ghiera 303; l'elemento elastico di tenuta 310 puÃ² essere realizzato con profilo diverso. Il riferimento 311 ne illustra solo alcuni secondo la tecnica nota, senza perdita di generalitÃ .

La connessione rapida fra i due terminali consiste nell 'unire le due facce dei terminali 301 e 302 (dopo aver inserito nella sede l'elemento elastico di tenuta statica 310), far innestare le cave della ghiera 303 con i perni 305, serrare il pacco con le chiavi a settori ed inserire la vite di fermo 304 per la sicurezza .

Il principio di funzionamento descritto Ã ̈ sempre lo stesso alla base della soluzione proposta secondo la presente invenzione. I particolari descritti fanno riferimento ad una delle tante soluzioni possibili ed equivalenti: la soluzione descritta non limita perciÃ² la generalitÃ della presente invenzione.

La figura 4 e la figura 4a mostrano la versione del sistema di connessione rapida con integrato il sistema di compensazione delle dilatazioni termiche. Come visibile dalla figura 4, il dispositivo alle due estremitÃ Ã ̈ corredato dei due terminali 403 e 404 per la connessione rapida come descritto con riferimento alla soluzione basilare mostrata dalla figura 3 (connettore solare - A) . Fra questi due elementi Ã ̈ sistemato un sistema di compensazione composto da idoneo soffietto metallico 401, collegato tramite saldatura a mozzi laterali 402, idoneamente proporzionati e sagomati, che collegano il soffietto ai due terminali 403 e 404 di connessione rapida. Esternamente, il soffietto metallico Ã ̈ protetto da eventuali sollecitazioni, dovute ad un non perfetto allineamento assiale (entro certi limiti) del sistema, da tiranti 405, supportati da flange 406 a loro volta collegate tramite saldatura al soffietto metallico 401 e a mozzi laterali 402, ovvero supportati da altra equivalente soluzione meccanica di rinforzo.

Internamente al soffietto 401, un sistema di convogliamento 407 a cannocchiale favorisce l'andamento del flusso, limitando l'accumulo istantaneo del fluido vettore nelle anse del soffietto; ulteriore riduzione di accesso del fluido vettore nelle anse del soffietto si potrÃ ottenere con l'impiego di un idoneo sistema elastico di tenuta 408, posizionato all'estremitÃ del convogliatore 407.

Detti elementi di tenuta potranno essere realizzati secondo una qualsiasi delle soluzioni note.

Il progressivo allungamento delle tubazioni collegate alle due estremitÃ del dispositivo dovuto all'innalzamento progressivo della temperatura del fluido termovettore che scorre nel tubo stesso, provoca la compressione delle anse del soffietto 401 e lo scorrimento assiale interno del convogliatore 407, che compensano gli allungamenti del sistema di utilizzo.

Nella soluzione riportata in figura 4, a titolo di esempio non limitativo, i soffietti vengono sollecitati, a seguito delle dilatazioni differenziali di temperatura, a compressione. Rientrano comunque nell'ambito di protezione rivendicato per la presente invenzione tutte quelle soluzioni nelle quali i soffietti elastici sono chiamati a reagire per trazione: a titolo di esempio, nella forma generale riportata in figura 4b e in figura 4c. Queste stesse figure sono date a titolo di esempio e non costituiscono limitazione di validitÃ nei confronti di altre soluzioni nelle quali l'elemento di compensazione opera a trazione. Le figure 4b e 4c a tal proposito mostrano una possibile soluzione nella quale un connettore solare di tipo B Ã ̈ realizzato in modo da compensare le dilatazione differenziali portando l'elemento elastico a trazione.

Le versioni del sistema appena descritte permettono la giunzione progressiva di singoli moduli di un tubo ricevente e la giunzione con compensazione delle due stringhe del sistema (una a destra l'altra a sinistra del pilone o altra struttura sede della movimentazione e controllo degli specchi parabolici) . Dovendo perÃ² compensare le dilatazioni in entrambi i lati delle due stringhe che compongono ogni singolo collettore, fa parte della presente invenzione anche la realizzazione di un'altra versione, definita come "connettore solare - C", nelle due versioni "DX" e "SX" per le estremitÃ laterali del singolo collettore.

Le figure 5, 5a e 5b mostrano le due versioni sopra citate che, come visibile, si differenziano dal connettore solare - B descritto con riferimento alle figure 4, 4a, 4b e 4c per le seguenti caratteristiche:

la dimensione ridotta della corsa di compensazione; e

l'utilizzo di una curva a 90° su uno dei due mozzi laterali, per permettere l'andamento ascendente e discendente del tubo solare all'inizio ed alla fine di ogni singolo collettore per portare l'asse della tubazione stessa allo stesso livello dell'asse di rotazione degli specchi parabolici.

Per il resto, gli elementi indicati nelle figure 5 e 5a con i riferimenti numerici 501, 502, e cosÃ¬ via fino a 508, corrispondono agli elementi indicati nella figura 4 con i riferimenti numerici 401, 402, e cosÃ¬ via fino a 408.

Le soluzioni connettore solare di tipo A, B e C devono prevedere, secondo la tecnica nota, un idoneo sistema di protezione all'irraggiamento solare verso l'esterno. Infatti, tutte le soluzioni di connettore solare si portano ad operare ad una temperatura che Ã ̈ quella del tubo metallico interno al tubo solare. Nella tecnica nota, come osservato, la giunzione dei tubi elementari viene realizzata per saldatura in sito e lo schermo all'irraggiamento viene realizzato tramite gusci o sistemi equivalenti che isolano la parte metallica della saldatura, realizzando all'esterno temperatura piÃ¹ basse alle quali non corrisponde significativo irraggiamento verso l'esterno. Tali soluzioni dovranno essere previste anche per i connettori solari oggetto della presente invenzione (figure 6 e 7).

In particolare, la figura 6 mostra un connettore solare di tipo A secondo la presente invenzione dotato di schermo anti- irraggiamento. Nella figura 6 sono mostrate le estremitÃ dei tubi metallici interni 601 di due tubi solari adiacenti, ed esternamente ad essi le estremitÃ dei tubi in vetro esterni 604, insieme ai relativi soffietti 605 di compensazione delle dilatazioni differenziali tra tubi interni 601 e tubi esterni 604. La figura 6 mostra inoltre, nel cerchio 602, un connettore solare di tipo A secondo la presente invenzione e, a copertura di quest'ultimo e dei soffietti 605, uno schermo anti-irraggiamento 603.

Con riferimento alla figura 7, poi, Ã ̈ mostrato un connettore solare di tipo B secondo la presente invenzione dotato di schermo anti-irraggiamento. Nella figura 7 sono mostrate le estremitÃ dei tubi metallici interni 703 di due tubi solari adiacenti, ed esternamente ad essi le estremitÃ dei tubi in vetro esterni 703a, insieme ai relativi soffietti 703b di compensazione delle dilatazioni differenziali tra tubi interni 703 e tubi esterni 703a. La figura 7 mostra inoltre, nei cerchi 701, due connettori solari di tipo A secondo la presente invenzione e nel cerchio 702, un connettore solare di tipo B secondo la presente invenzione. Inoltre, a copertura di quest'ultimo, dei due connettori solari di tipo A 701 e dei soffietti 703b, Ã ̈ mostrato uno schermo anti-irraggiamento 704.

Ãˆ ovvio che altre soluzioni costruttive realizzanti le stesse funzioni di connessione e di protezione all'irraggiamento verso l'esterno e di compensazione delle dilatazioni connesse alle differenze di temperatura sono parimenti comprese nell'ambito di esclusiva definito dalla presente invenzione .

In conclusione, secondo la presente invenzione vengono proposte diverse tipologie di connettori tra tubi che raccolgono l'energia solare diretta o concentrata da specchi parabolici, nei quali il tubo scorre lungo l'asse focale delle parabole, cosÃ¬ dando continuitÃ a tubi solari relativamente allo scorrimento di un fluido termo-vettore all'interno. Detti sistemi integrano inoltre la funzione di compensare le dilatazioni di temperatura che si generano sul tubo metallico del tubo solare a seguito dei gradienti di temperatura assiali sui tubi stessi prodotti dalla circolazione del fluido termo-vettore che scorre internamento ai tubi stessi e che si riscalda a seguito dell'irraggiamento solare.

Detti sistemi di connessione integrano anche la funzioni di riduzione dell'energia re-irradiata verso l'esterno a seguito dell'elevata temperatura alla quale detti sistemi di connessione e compensazione si portano .

Senza riduzione del campo di applicazione di detti sistemi di connessione, essi trovano la piÃ¹ naturale applicazione negli impianti solari a concentrazione (solare termodinamico, tecnologia "parabolic through" o Fresnel o altra geometria del sistema di captazione dell'energia solare), dove lo scopo dell'impianto Ã ̈ la produzione di energia elettrica tramite cicli termodinamici a combustione esterna o interna e/o reforming di idrocarburi puri o in miscela in frazioni combustibili piÃ¹ leggere.

La presente invenzione Ã ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma Ã ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Connettore per impianti solari a concentrazione, comprendente due terminali (301, 302) rispettivamente destinati ad essere accoppiati ai tubi interni metallici di un tubo solare, detti terminali essendo provvisti di mezzi di accoppiamento reciproco rimovibile a incastro, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accoppiamento reciproco rimovibile a incastro di detti terminali (301, 302) comprendono una ghiera (303) montata su uno di detti terminali (302) e libera di ruotare su se stessa rispetto ad esso, detta ghiera (303) comprendendo mezzi di impegno rimovibile con corrispondenti mezzi previsti sulla circonferenza esterna dell'altro terminale (301).
2) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti terminali (301, 302) sono accoppiati a detti tubi metallici di detti tubi solari mediante saldatura.
3) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta ghiera (303) Ã ̈ dotata di una pluralitÃ di asole sagomate ed angolate e di una serie di cave (306) per l'inserimento di una corrispondente chiave a settore, l'altro terminale (301) essendo dotato sulla circonferenza esterna di una pluralitÃ di perni (305) che si impegnano con dette asole.
4) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accoppiamento reciproco a incastro di detti terminali (301, 302) comprendono ulteriormente una sede per l'alloggiamento di un elemento elastico di tenuta statica (310) , ricavata alternativamente su uno di detti due terminali (301, 302).
5) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti due terminali Ã ̈ collegato ad un corrispondente terminale di un sistema di compensazione comprendente un soffietto metallico (401) , collegato tramite saldatura a mozzi laterali (402) che collegano il soffietto a due terminali (403, 404) di connessione con detti due terminali accoppiati a detti tubi interni metallici di un tubo solare, e comprendente ulteriormente mezzi di rinforzo e protezione da sollecitazioni meccaniche dovute ad un non perfetto allineamento assiale del sistema e da mezzi di agevolazione del flusso all'interno del connettore.
6) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rinforzo e protezione da sollecitazioni meccaniche comprendono una pluralitÃ di tiranti (405), supportati da flange (406) a loro volta accoppiate a detto soffietto metallico (401) e a detti mozzi laterali (402).
7) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di agevolazione del flusso all'interno del connettore comprendono un sistema di convogl iamento (407) a cannocchiale.
8) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di agevolazione del flusso all'interno del connettore comprendono ulteriormente un sistema elastico di tenuta (408), posizionato all'estremitÃ di detto convogliatore (407) .
9) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5-8, caratterizzato dal fatto che detti mozzi laterali (402) di detto sistema di compensazione sono entrambi dritti, oppure entrambi curvi, o ancora uno curvo e uno dritto.
10) Connettore per impianti solari a concentrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere uno schermo anti-irraggiamento.