MX2009008186A - Intercambiador de calor para tanque recolector de energia solar. - Google Patents

Abstract

La presente invención, consiste en un Intercambiador de calor por contacto, que tiene por objeto realizar la transferencia de calor a partir de un sistema recolector de energía solar a un motor Stirling, una turbina de ciclo cerrado Brayton o algún otro elemento capaz de convertir la energía térmica exterior en energía mecánica o eléctrica, minimizando las perdidas de calor. El Intercambiador de calor comprende un receptor de energía calorífica, que coincide con una válvula móvil de la que sobresale una pestaña perpendicular a su eje central, para permitir el desplazamiento de la válvula móvil; después de la válvula móvil, se localiza una válvula fija, y circundando a ambas válvulas, se localiza un anillo aislante, y a su vez estos son rodeados por la primera sección de un cuerpo protector, que se engancha a una segunda sección del cuerpo protector que albera una pieza de transferencia de calor rodeada de un segundo anillo aislante, que presenta por su extremo libre una hendidura, para permitir su acople a un motor Stirling. Cabe señalar que el sostenimiento de las piezas del dispositivo es mediante una perforación circular al centro por la cual se acopla al perno del dispositivo es mediante una perforación circular al centro por la cual se acopla al perno guía.

Description

RCAMBIADOR DE CALOR PARA TANQUE RECOLECTOR DE ENE SOLAR OBJETO DE LA INVENCIÓN enté invención, consiste en un Intercambiador de calor por contacto, que ealizar la transferencia de calor a partir de un sistema recolector de energí or Stirling, una turbina de ciclo cerrado Brayton o algún otro elemento ir la energía térmica exterior en energía mecánica o eléctrica, minimiz s de calor.

ANTECEDENTES or Stirling realiza a través de una diferencia de temperatura, movimient rmente convertido en energía mecánica o eléctrica. El ciclo del motor Stir iento y enfriamiento de un gas; cuando el gas se calienta en una recamar a través de convección y radiación, utilizando el principio de combust e trasferencia de calor está determinada por la velocidad de flujo del com eriales que sean puestos en contacto con este aire caliente; por el contr invención se propone que la transferencia de calor sea directa y que re determinada por los materiales a utilizar para el intercambio de calor, a se necesita quemar ningún combustible, la fuente de energía es solar, la ada como calor en un tanque recolector de energía solar, a patentes antes mencionadas tienen el problema de que necesitan que tible para generar calor y ese calor pueda ser utilizado por el motor Stirling tener un flujo de aire caliente, una entrada y una salida, el calor no p ido uniformemente, lo cual disminuye la eficiencia del motor; además d ue regular el flujo de aire para no ahogar la combustión, lo cual entos de mayor precisión. nción que se propone es segura y eficiente para la transferencia de calor, . Vista posterior del receptor de energía calorífica.

. Vista isométnca de la válvula móvil.

. Vista isométnca de la válvula fija.

. Vista isométnca de material aislante de relleno.

. Vista isométrica de la primera sección del cuerpo protector.

. Vista frontal de la primera sección del cuerpo protector. 0. Vista lateral de la primera sección del cuerpo protector. 1. Vista isométrica de la segunda sección del cuerpo protector. 2. Vista anterior de la pieza de transferencia. 3. Vista posterior de la pieza de transferencia. 4. Corte transversal del intercambiador de calor por contacto motivo n. 5. Gráfica comparativa de la conductividad térmica de diferentes material de energía. l calor proveniente del tanque recolector de energía solar, al cual se ac que este receptor de energía calorífica (2) sea de un material que presente ductividad térmica de 150KW, como por ejemplo la plata o cobre; que ad e y dúctil pues debe ser capaz de adoptar una geometría circular, cuyo ye gradualmente de un extremo a otro, como se muestra en una vista an eptor en la figura 3, en la cual se observa que la superficie de este extremo diámetro y un área central circular lisa (3), circundada por un estri térnente perpendicular a su eje, diseñado con el doble propósito de menté la fijación a un sistema recolector de energía solar, opcionalmente u gía calorífica y evitar las perdidas de calor por* convección; y en la fig una vista posterior del receptor de energía calorífica (2), donde se puede la parte central de la superficie lisa del extremo de mayor diámetro, pre con rosca (5), cuya profundidad es menor al grosor del receptor de a (2), para permitir únicamente la entrada de un perno guía (6) que, at s completamente por secciones de material aislante de relleno (9); el ai debe ser aislante térmico capaz de soportar una temperatura de 600 temente alumina silica, con la particularidad de que cada sección de de relleno (9) tiene la forma del espacio vacío de la válvula móvil y vál parlo totalmente (ver figura 7). unto del contorno externo de la válvula móvil (7) ver figura 2 y 5, sobr (10), la cual tiene un recubrimiento aislante (preferentemente alumina si pérdida de calor hacia el exterior y es perpendicular al eje central de l 7), con un ancho menor a la cuarta parte del diámetro de la válvula móv alidad es proporcionar un punto de manipulación para permitir el despla ivula móvil (7), en sentido y contrasentido de las manecillas del reloj, par porte de calor del receptor de energía calorífica (2) y con esto interr encia de calor del sistema recolector de energía solar hacia una válvula fija y 6, semejante a la válvula móvil (7), pero sin pestaña, que permite co orman un borde (18), teniendo que el primer diámetro externo (16) es o. unto del contorno del primer diámetro extemo (16) se presenta una ranura 0), análoga al corte (13) del anillo aislante (12), a través del cual sob (10). Es importante señalar que el ancho de este primer diámetro exte con el ancho de la válvula móvil (7). o del segundo diámetro externo (17) coincide con el ancho de la válvula contorno exterior presenta en 2 puntos equidistantes: un primer (19) y ivo de enganche (20) (ver figura 9) para permitir el ajuste con una segund rpo protector (21). Como ejemplo del primer (19) y segundo dispo e (20), pueden ser un seguro (22) y perno (23), que permitan el ens mble en repetidas ocasiones de la primer (14) y segunda sección (21) d r. nda sección (21) del cuerpo protector representado en la figura 2 y 11, pr ? protector (conformado por la primer (14) y segunda (21) sección) alb transferencia de calor (24), rodeada de un segundo anillo aislante (25) p s de calor. La pieza de transferencia de calor (24), representada en la fígu material con alta conductividad térmica, como la plata o cobre; esta encia de calor (24), es circular, con un perforación circular al centro (26 o externo, en dos puntos opuestos, presenta una muesca (27) maquin ié del extremo que coincide con la válvula fija, es lisa y el extremo opu 3), presenta un hendidura (28) para engancharse al motor Stirling. mble de la pieza de transferencia de calor (24), válvula móvil (7), válvula f r de energía calorífica (2) esta dado por el perno guía (6) que los atravi por sus extremos permitiendo su ensamble y desensamble, finalidad de proporcionar un ejemplo representativo de la conforma biador de calor por contacto motivo de esta invención, se presenta la figu corte transversal del mismo. Es importante señalar que el receptor d e el Intercambiador de calor por contacto cumpla su función, se localiza recolector de energía solar, el cual capta la energía solar térmica y la t e conducción por contacto a el intercambiador de calor por contacto que te el calor del sistema a un motor Stirling, el cual es capaz de convertir l a en energía mecánica mediante la compresión y expansión de sus do energía mecánica, y al conectarse a una bobina, genera energía eléctrica, ñalar que la eficiencia del Intercambiador de calor por contacto, depen de energía calorífica entrante y saliente, y esto depende directamente del scoja para el receptor de energía calorífica (2), así como el área que dispo del Intercambiador de calor por contacto para evitar pérdidas de calor á ión la energía calorífica; en la figura 15 se presenta una gráfica donde se d ctividad térmica de diferentes materiales, a una temperatura de trabajo en C para que asociando esta información con el costo, poder elegir el mat venga para fabricar el receptor de energía, que en particular se prefiere or de energía solar, teniendo que todas las variables presentadas en l el requisito de transferir al menor 150KW. caso en especifico se pidió que fueran 150KW útiles pero pueden raciones de longitud y radio de la pieza de transferencia de calor, por eje 180KW de energía calorífica lo podemos lograr con un longitud del si un radio de 13.93cm. de la premisa que la temperatura de trabajo entrante proveniente de u or de energía solar es en promedio de 800°C, tenemos que el tiempo en qu biador de calor por contacto en alcanzar esta temperatura es de 641 segun 6), y después de este tiempo en condiciones constantes el intercambiador t energía eléctrica. nsiderarse también que la pérdida calorífica, depende del grosor del aislan bservarse en la figura 17, donde se presenta una tendencia del flujo calorí el aislante vs pérdida calorífica. etros calculados para asignar a las variables a controlar en el interc ntacto. o.oi 0.05 o.io 0.15 0.20 0.25 0.30 31.04 6.21 1.55 1.24 I.03 341.44 68.29 17.07 13.66 I I .38 496.64 99.33 24.83 19.87 16.55 651.84 130.37 32.59 26.07 21.73 807.04 40.35 32.28 26.90 962.24 192.45 48.1 1 38.49 32.07 1 1 17.44 223.49 55.87 44.70 37.25 1272.64 254.53 63.63 50.91 42.42 1427.84 285.57 71.39 57.1 1 47.59 1583.04 316.61 79.15 63.32 52.77 1738.24 347.65 86.91 69.53 57.94 1893.44 378.69 94.67 75.74 63.1 1 2048.64 409.73 102,43 81.95 68.29 2203.84 440.77 1 10.19 88.15 73.46 1 17.95 94.36 78.63 2514.24 502.85 167.62 125.71 100.57 83.81 2669.44 533.89 177.96 133.47 106.78 88.98 2824.64 564.93 188.31 141.23 1 12.99 94.15

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES o descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: Un intercambiador de calor por contacto, para conducir la energía almacenada por un sistema recolector de energía solar, a un motor Stir turbina de ciclo cerrado Brayton o algún otro elemento capaz de co energía térmica en energía mecánica o eléctrica caracterizado po interacción entre los elementos que lo conforman comprende un receptor d calorífica (2), que presenta un primer diámetro que aumenta gradualme manera que presenta un segundo diámetro, y este tiene una superficie lis centro presenta un orificio con rosca, al cual se conecta un perno guía, que mantiene unidas todas las artes del intercambiador ara ase urar el aco perpendicular al eje central de la válvula móvil (7), de tal manera desplazamiento de la válvula móvil (7) sea posible; la pestaña t recubrimiento aislante para evitar pérdida de calor hacia el exterior; desp válvula móvil (7) se localiza una válvula fija (11), semejante a la válvula pero sin pestaña; circundando a ambas válvulas, se localiza un anillo aisla preferentemente de alumina silica, que presenta un corte que permite que s la pestaña de la válvula móvil (7); la válvula fija (11) y el anillo aisl circundados por la primera (14) sección de un cuerpo protector, que se en una segunda (15) sección del cuerpo protector y que alberga una transferencia de calor (24) rodeada de un segundo anillo aislante (25), perforación circular al centro (26) por la cual se acopla al perno guía; la transferencia de calor (24) es circular, y en su contorno externo, en do opuestos, presenta una muesca (27) maquinada, y la superficie del extr coincide con la válvula fija, es lisa y el extremo opuesto presenta una h 28 ara en ancharse al motor tirlin . El intercambiador de calor por contacto de conformidad con la reivindi caracterizado porque el receptor de energía calorífica es de un material conductividad térmica al menos de 150 KW, maleable y dúctil. El intercambiador de calor por contacto de conformidad con la reivindi caracterizado porque el receptor de energía calorífica opcionalmente es d plata. El intercambiador de calor por contacto de conformidad con la reivindi caracterizado porque la válvula móvil, y válvula fija son de un material conductividad térmica de al menos 150 KW, maleable y dúctil. El intercambiador de calor por contacto de conformidad con la reivindi caracterizado porque la válvula móvil y la válvula fija opcionalmente son o lata. El intercambiador de calor por contacto de conformidad con la reivindi caracterizado porque la longitud del corte del material aislante coincide cuarta parte del diámetro de la válvula móvil que circunda. El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindi caracterizado porque la primera sección del cuerpo protector, presenta un segundo diámetro externo que forman un borde. El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindic caracterizado porque sobre el primer diámetro externo de la primera se cuerpo protector se localiza una ranura análoga al corte del anillo aislante. El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindic caracterizado porque el segundo diámetro externo de la segunda sec cuer o rotector resenta en 2 untos e uidistantes un rimer 19 El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindi caracterizado porque la segunda sección del cuerpo protector presenta un segundo diámetro externo, formando un borde y en el perímetro del lado se localiza un margen hacia el interior que forma un ángulo de 90° con sus sostiene la pieza de transferencia de calor y permite la exposición de esta. El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindicación caracterizado porque el primer diámetro externo (31) de la segunda se cuerpo protector esta a presión en el interior del segundo diámetro externo ( primer sección del cuerpo protector. El intercambiador de calor por contacto de acuerdo con la reivindic caracterizado porque la altura del segundo diámetro externo (17) de l sección del cuerpo protector, y la altura del primer diámetro externo ( se unda sección del cuer o rotector coinciden con la altura de la válvula