MX2014005493A - Receptor solar de alta eficiencia. - Google Patents

Abstract

La presente descripción se relaciona, en varias modalidades, a receptores solares que incluyen un ensamblaje de receptor solar y por lo menos un ensamblaje de "ala". El ensamblaje de ala incluye un panel de absorción de calor de exposición doble o de dos lados, y es soportado por componentes estructurales que se extienden desde el ensamblaje de receptor central. Los paneles de absorción de calor en el ensamblaje de receptor central y en el ensamblaje de ala pueden diferir en el diseño y tamaño de su tubería. Se describe en la presente en varias modalidades un receptor solar que comprende un ensamblaje de receptor central y un ensamblaje de ala. El ensamblaje de receptor central comprende una estructura de soporte interna y por lo menos un panel tubular central externo.

Description

RECEPTOR SOLAR DE ALTA EFICIENCIA ANTECEDENTES Esta solicitud reclama la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No. de Serie 61/560,631, presentada el 16 de noviembre del 2011. La descripción de esta solicitud se incorpora completamente en la presente por referencia en su totalidad.

La presente descripción se relaciona ampliamente al campo de generación de energía solar utilizada para producir electricidad. Más particularmente, esta descripción se relaciona a un panel de absorción de calor de exposición doble o de dos lados, y un receptor solar que incluye uno o más de tales paneles. Estos diseños de receptor solar se pueden utilizar con la tecnología de Torre Solar Concentrada, también conocida como tecnología de Energía Solar de Concentración (CSP) para aprovechar la energía del sol para producir electricidad "ecológica".

Un receptor solar es un componente primario de un sistema de generación de energía solar mediante el cual la luz solar se utiliza como una fuente de calor para la producción eventual de vapor de alta calidad supercalentado que se utiliza para hacer girar un generador de turbina, y finalmente producir electricidad utilizando el ciclo Rankine o proporcionar vapor para otros procesos térmicos.

Generalmente, el receptor solar se coloca en la parte superior de una torre de soporte elevada que se levanta arriba de un nivel o grado del suelo. El receptor solar se coloca estratégicamente dentro de un arreglo de superficies reflectivas, específicamente un campo de heliostatos (o espejos) , que recolectan los rayos de luz solar y luego reflejan y concentran esos rayos nuevamente a las superficies absorbentes de calor del receptor solar. Esta energía solar luego se absorbe por el fluido de transferencia de calor de trabajo (HTF) que fluye a través del receptor solar. Las superficies reflectivas se pueden orientar en diferentes posiciones por todo el día para rastrear el sol y maximizar la luz solar reflejada a las superficies absorbentes de calor del receptor.

El receptor solar es un ensamblaje de tubos con agua, vapor, sales fundidas u otro fluido de transferencia de calor (HTF) que fluye dentro de los tubos. El HTF dentro de los tubos del receptor absorbe la energía solar concentrada, ocasionando que el HTF se incremente en temperatura y/o cambie de fases, de modo que el HTF captura la energía solar. El HTF calentado luego es ya sea directamente dirigido a un generador de turbina para generar energía eléctrica o se dirige indirectamente a un tanque de almacenamiento para el uso posterior.

Los diseños de receptor solar típicamente incluyen un arreglo de paneles con tubos verticalmente orientados, es decir, paneles tubulares, junto con una estructura de soporte para mantener los paneles tubulares en el lugar adecuado y otro equipo asociado (bombas, tuberías, recipientes de almacenamiento, escudos de calor, etc.). En diseños convencionales, el receptor solar tiene una sección transversal cuadrada, rectangular, o circular (en una vista en planta desde arriba) . Los paneles tubulares están arreglados en el exterior de la sección transversal, de modo que la energía solar de los heliostatos se dirige en (y se absorbe por) únicamente una cara de un panel tubular. Esto se ilustra en, por ejemplo, la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 12/605,241, que es titulada "Shop-Assembled Solar Receiver Heat Exchanger" y es cedida a Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc., y que se incorpora a completamente por referencia en la presente.

A este respecto, la FIG. 1 es una vista en planta (es decir, visualizada desde arriba) de un diseño de receptor solar 100 discutido en lo anterior, que tiene cuatro paneles tubulares 110, 120, 130, 140, arreglados como un cuadrado. Cada panel tubular tiene una cara exterior 112, 122, 132, 142, que se expone a la energía solar de los heliostatos, y una cara interior 114, 124, 134, 144 que no se expone a tal energía solar.

La cara no absorbente interior de un panel tubular usualmente tiene un sistema de armadura que soporta los paneles tubulares contra el alto viento, fuerzas sísmicas y fuerzas térmicamente inducidas. El sistema de armadura típicamente incluye vigas "I" u otras formas de acero estructurales que se sujetan sobre el panel tubular de tal manera que el panel tubular puede expandirse independiente de la estructura de soporte misma e independiente de los otros tubos y paneles. Los sujetadores usualmente se sueldan a los tubos de modo que el panel tubular puede moverse con relación a la estructura de soporte estacionaria cuando se aplica calor a los tubos, pero la estructura de soporte todavía puede proporcionar rigidez al panel tubular. En un receptor solar, los tubos en el panel tubular no se sueldan conjuntamente a lo largo de sus ejes (es decir, construcción de membrana) como en una caldera caldeada con combustible fósil, sino que son de construcción suelta. Esto permite que los tubos se expandan inmediatamente entre sí cuando se aplica calor. Como resultado, cada tubo debe tener un sujetador para la unión a la armadura en una elevación de soporte .

Sería deseable proporcionar un receptor solar compacto que use un fluido de transferencia de calor y que sea simple en diseño, modular y económico.

BREVE DESCRIPCIÓN La presente descripción se relaciona, en varias modalidades, a receptores solares que incluyen un ensamblaje de receptor central y por lo menos un ensamblaje de "ala". El ensamblaje de ala incluye un panel de absorción de calor de exposición doble o de dos lados, y es soportado por componentes estructurales que se extienden desde el ensamblaje de receptor central. Los paneles de absorción de calor en el ensamblaje de receptor central y en el ensamblaje de ala pueden diferir en el diseño y tamaño de su tubería.

Se describe en la presente en varias modalidades un receptor solar que comprende un ensamblaje de receptor central y un ensamblaje de ala. El ensamblaje de receptor central comprende una estructura de soporte interna y por lo menos un panel tubular central externo. La estructura de soporte interna define un volumen interior. El por lo menos un panel tubular central externo comprende una pluralidad de tubos verticales para transportar un fluido de transferencia de calor, en donde los tubos se interconectan por al menos un cabezal superior y al menos un cabezal inferior. El panel tubular central externo se arregla sobre una cara exterior de la estructura de soporte interna, con el panel tubular central externo que tiene una primera cara expuesta y una segunda cara no expuesta. El ensamblaje de ala se extiende desde el ensamblaje de receptor central, cada ensamblaje de ala que tiene un panel tubular de ala. El panel tubular de ala comprende una pluralidad de tubos verticales para transportar un fluido de transferencia de calor, en donde los tubos se interconectan por al menos un cabezal superior y al menos un cabezal inferior. Cada panel tubular de ala tiene una primera cara expuesta y una segunda cara expuesta, opuesta a la primera cara.

El ensamblaje de ala además puede comprender una estructura de soporte estructural, la estructura de soporte estructural que incluye: una primera columna vertical; una viga horizontal superior que se extiende entre un extremo superior de la primera columna vertical y una conexión superior sobre la estructura de soporte interna; y una viga horizontal inferior que se extiende desde un extremo inferior de la primera columna vertical a una conexión inferior sobre la estructura de soporte interna.

Por lo menos una barra de soporte de panel puede extenderse entre la estructura de soporte estructural y el cabezal superior del panel tubular de ala.

El receptor solar además puede comprender: una primera estructura de refuerzo que corre desde el primer borde lateral al segundo borde lateral a través de la primera cara y la segunda cara del panel tubular de ala en una primera elevación de soporte. Algunas veces, una segunda estructura de refuerzo también está presente corriendo desde el primer borde lateral al segundo borde lateral a través de la primera cara y la segunda cara del panel tubular de ala en una segunda elevación de soporte.

En modalidades, cada estructura de refuerzo se forma de un primer ensamblaje de soporte sobre la primera cara del panel tubular de ala y un segundo ensamblaje de soporte sobre la segunda cara del panel tubular de ala. Cada ensamblaje de soporte incluye: un tubo de soporte; una pestaña horizontal que se extiende desde el tubo de soporte y que tiene una ranura en la misma; y una barra festoneada que acopla el panel tubular y que tiene por lo menos una orejeta, la barra festoneada que acopla la pestaña horizontal por un perno que pasa a través de la por lo menos una orejeta y la ranura de la pestaña horizontal.

El tubo de soporte de cada ensamblaje de soporte puede tener un diámetro diferente de cualquier tubo en el panel tubular de ala, y en algunas modalidades es más grande. Una cara exterior de cada tubo de soporte se puede pintar para disminuir la absorción de calor.

En algunas modalidades, el primer ensamblaje de soporte de la primera estructura de refuerzo se conecta fluidamente al primer ensamblaje de soporte de la segunda estructura de refuerzo. El primer ensamblaje de soporte de la primera estructura de refuerzo se puede conectar fluidamente al cabezal de entrada del panel tubular de ala o conectar fluidamente al por menos un panel tubular central externo. En algunas otras modalidades, la primera elevación de soporte y la segunda elevación de soporte no se ubican en una sección media del panel tubular de ala. Las estructuras de refuerzo adicionales se contemplan dependiendo de la altura del panel de dos lados .

El ensamblaje de receptor central además puede comprender un escudo de calor superior ubicado arriba del panel tubular central externo y un escudo de calor inferior ubicado abajo del panel tubular central externo. El ensamblaje de ala también además puede comprender un escudo de calor que tiene una cara superior ubicada arriba del panel tubular de ala, una cara inferior ubicada abajo del panel tubular de ala, y una cara lateral ubicada distante del ensamblaje de receptor central. Un espacio abierto puede estar presente entre la cara lateral del escudo de calor de ensamblaje de ala y un borde lateral del panel tubular de ala. Algunas veces, el receptor solar además comprende un escudo de calor horizontal ubicado arriba del panel tubular central externo.

El escudo de calor superior, el escudo de calor inferior y el escudo de calor del ensamblaje de ala se pueden pintar de blanco para disminuir la absorción de calor. De manera similar, la primera cara y la segunda cara del panel tubular de ala se pueden pintar de negro para incrementar la absorción de calor.

Cada panel tubular de ala puede incluir una pluralidad de pasos de tubo, los pasos de tubo adyacentes que son arreglados de modo que el fluido de transferencia de calor fluye en una manera serpentina hacia arriba a través de un paso de tubo y hacia abajo a través de otro paso de tubo.

Cuando el fluido de transferencia de calor es agua o vapor, el receptor solar además puede comprender un separador de agua/vapor vertical para separar el agua saturada del vapor saturado seco para el supercalentamiento adicional del vapor seco. Alternativamente, el receptor solar además puede comprender un recipiente de entrada de sal fundida y un recipiente de salida de sal fundida, cuando el fluido de transferencia de calor es sal fundida.

El panel tubular central externo puede comprender tubos de pared que tienen rebordes internos helicoidales.

En modalidades particulares, la estructura de soporte interna tiene una sección transversal rectangular, el ensamblaje de receptor central tiene cuatro paneles tubulares centrales, y un total de cuatro ensamblajes de ala extendidos desde las esquinas del ensamblaje de receptor central.

También se describe un sistema de energía solar, que comprende: un receptor solar que tiene un ensamblaje de receptor central y un ensamblaje de ala como es descrito en lo anterior; y un campo de helióstatos configurados para dirigir la luz solar hacia la primera cara del panel tubular central, la primera cara del panel tubular de ala, y la segunda cara del panel tubular de ala.

Estos y otros aspectos no limitantes y/u objetivos de la descripción se describen más particularmente enseguida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo siguiente es una breve descripción de los dibujos, que se presentan para los propósitos de ilustrar las modalidades ejemplares descritas en la presente y no para los propósitos de limitar las mismas.

La FIG. 1 es una vista en planta (es decir, la parte superior) de un diseño de ensamblaje de receptor central que tiene una orientación de cuadro, con cada panel tubular que tiene una cara expuesta exterior y una cara no expuesta interior.

La FI6. 2 es una primera vista frontal de un panel de absorción de calor de exposición doble que se puede utilizar en el ensamblaje de ala del receptor solar de la presente descripción. En esta figura, los escudos de calor y las estructuras de soporte de refuerzo del panel se remueven para proporcionar una vista interior.

La FIG. 3 es una segunda vista frontal del panel de absorción de calor de exposición doble de la FIG. 2. En esta figura, la estructura de soporte de refuerzo del panel son visibles, y los escudos de calor se remueven para proporcionar otra vista interior.

La FIG. 4 es una vista frontal exterior del panel de absorción de calor de exposición doble de la FIG. 2. Aquí, los escudos de calor están en su lugar.

La FIG. 5 es una vista lateral exterior del panel de absorción de calor de exposición doble de la FIG. 4.

La FIG. 6 es una vista en planta que muestra una porción de un panel tubular de ala y una porción de una estructura de refuerzo para el panel tubular de ala.

La FIG. 7 es una vista de sección transversal lateral de una porción de un panel tubular y una porción de una estructura de refuerzo para el panel tubular como se representa en la FIG. 6.

La FIG. 8 es una vista frontal de la porción de un panel tubular de ala y la estructura de refuerzo como se representa en la FIG. 6.

La FIG. 8A es una vista en perspectiva de la porción de un panel tubular de ala y la estructura de refuerzo como se representa en la FIG. 6.

La FIG. 9 es una vista esquemática de un ensamblaje de receptor central que utiliza un separador de agua/vapor vertical .

La FIG. 10A es una vista de sección transversal lateral de un panel tubular central montado sobre el ensamblaje de receptor central.

La FIG. 10B es una vista esquemática en perspectiva aumentada del panel tubular de la FIG. 10A.

La FIG. 11 es un diagrama esquemático de flujo de fluido a través de un ensamblaje de receptor central que utiliza sal fundida como un fluido de transferencia de calor.

La FIG. 12 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de receptor central ensamblado que utiliza sal fundida como un fluido de transferencia de calor.

La FIG. 13 es una vista en planta de un receptor solar de la presente descripción que incluye un ensamblaje de receptor central y un ensamblaje de ala.

La FIG. 14 es una vista isométrica del receptor solar de la FIG. 13 con los escudos de calor en su lugar.

La FIG. 15 es una vista frontal del receptor solar de la FIG. 13 con los escudos de calor en su lugar.

La FIG. 16 es una vista isométrica del receptor solar de la FIG. 13 con los escudos de calor removidos.

La FIG. 17 es una vista frontal del receptor solar de la FIG. 13 con los escudos de calor removidos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Un entendimiento más completo de los procesos y aparatos descritos en la presente se puede obtener por referencia a los dibujos acompañantes. Estas figuras son meramente representaciones esquemáticas basadas en la conveniencia y en la facilidad de demostrar la técnica existente y/o el presente desarrollo, y, por lo tanto, no se proponen para indicar el tamaño relativo y las dimensiones de los ensamblajes o componentes de los mismos.

Aunque se utilizan términos específicos en la siguiente descripción por cuestión de claridad, estos términos se proponen para referirse únicamente a la estructura particular de las modalidades seleccionadas para ilustración en los dibujos, y no se proponen para definir o limitar el alcance de la descripción. En los dibujos y en la siguiente descripción enseguida, se va a entender que las designaciones numéricas similares se refieren a componentes de función semejante.

El modificador "aproximadamente" utilizado en conexión con una cantidad es inclusivo el valor establecido y tiene el significado dictado por el contexto (por ejemplo, este incluye por lo menos el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular) . Cuando se utiliza con un valor específico, también se debe considerar como que describe ese valor. Por ejemplo, el término "aproximadamente 2" también describe el valor "2" y el intervalo "de aproximadamente 2 a aproximadamente 4" que también describe el intervalo "de 2 a A".

Se debe observar que muchos de los términos utilizados en la presente son términos relativos. Por ejemplo, los términos "interior", "exterior", "hacia adentro" y "hacia afuera" son relativos a un centro, y no se deben considerar como que requieren una orientación o ubicación particular de la estructura. De manera similar, los términos "superior" e "inferior" son relativos entre si en ubicación, es decir, un componente superior se ubica en una elevación más alta que un componente inferior.

Los términos "horizontal" y "vertical" se utilizan para indicar la dirección relativa a una referencia absoluta, es decir, el nivel del suelo. Sin embargo, estos términos no deben ser considerados que requirieren estructuras que sean absolutamente paralelas o absolutamente perpendiculares entre si. Por ejemplo, una primera estructura vertical y una segunda estructura vertical no están necesariamente paralelas entre si.

El término "plano" se utiliza en la presente para referirse generalmente a un nivel común, y se debe considerar como que se refiere a un volumen, no como una superficie plana.

Al grado de que las explicaciones de cierta terminología o principios de las técnicas de receptor solar, caldera y/o generador de vapor pueden ser necesarios para entender la presente descripción, el lector es referido a Steam/its generation and use, 40th Edition, Stultz and Kitto, Eds., Copyright 1992, The Babcock & Wilcox Company, y a Steam/its generation and use, 41 st Edition, Kitto and Stultz, Eds., Copyright 2005, The Babcock & Wilcox Company, los textos de los cuales se incorporan en la presente por referencia como si se expusieran completamente en la presente .

La presente invención se relaciona a receptores solares que incluyen un ensamblaje de receptor central y por lo menos un ensamblaje de "ala". El ensamblaje de ala incluye un panel de absorción de calor de exposición doble o de dos lados, y es soportado por componentes estructurales que se extienden desde el ensamblaje del receptor central. Los paneles de absorción de calor en el ensamblaje de receptor central y en el ensamblaje de ala pueden diferir en el diseño y tamaño de su tubería.

Los paneles de absorción de calor de dos lados en el ensamblaje de ala se diseñan para aceptar calor sobre dos lados o caras opuestas, antes que en únicamente un lado o cara. Esta característica da por resultado temperaturas del tubo sobre las dos caras opuestas del ensamblaje de ala que son más estrechamente equilibradas que los paneles tubulares que se calientan en únicamente un lado y por lo tanto tiene una temperatura de tubo desequilibrada del lado caliente (lado absorbente de calor) al lado frío (lado no absorbente de calor) de los tubos. El equilibrio de temperatura a través de las dos caras opuestas de los tubos de panel de aleta reduce los esfuerzos térmicos y de esta manera puede reducir las fallas del tubo debido a la fatiga y/o corrosión por esfuerzo. Además, el área absorbente de calor disponible en el ensamblaje de ala se duplica comparado con el área absorbente de calor sobre el ensamblaje de receptor central, que únicamente puede absorber calor sobre un lado. La combinación del área absorbente de calor duplicada y los esfuerzos térmicos reducidos da por resultado paneles de aleta que pueden absorber más de dos veces tanto calor como los paneles de calentamiento de un solo lado. Esto mejora significativamente la eficiencia de superficie del colector. Deseablemente, se contempla que tal tecnología puede reducir finalmente el costo nivelado de electricidad (LCOE) al reducir la cantidad de la parte de presión y/o la cantidad del receptor y al incrementar la eficiencia de la planta al reducir las pérdidas térmicas del receptor solar y al proporcionar un objetivo más óptimo para el apuntamiento del helióstato .

Los paneles pueden incluir una o más estructuras de refuerzo o escudos de calor. Generalmente, el receptor solar se ubica en la parte superior de una estructura de soporte vertical que se eleva arriba de un nivel o grado del suelo. La estructura de soporte vertical se puede soportar desde una base. Las superficies de transferencia de calor venta osamente comprenden paneles tubulares tangentes sueltos, que permiten la expansión térmica no restringida de los tubos/paneles tubulares en las direcciones tanto horizontal como vertical, para de esta manera eliminar los esfuerzos del tubo adicionales. Como es conocido para aquellos expertos en la técnica, los tamaños de los tubos, su material, diámetro, espesor de pared, número y arreglo para las superficies de transferencia de calor se basan en la temperatura y presión para el servicio, de acuerdo con los códigos de diseño aplicables. Las características de transferencia de calor requeridas, las relaciones de circulación, las tasas de absorción de puntos, las tasas de flujo de .masa del fluido de trabajo dentro de los tubos, etc. , también son parámetros importantes que deben ser considerados. Dependiendo de la ubicación geográfica donde el receptor solar va ser instalado, también se consideran los códigos de cargas sísmicas y de diseño aplicables.

Se debe observar que en algunas modalidades, se utiliza sal fundida como el fluido de transferencia de calor (HTF) que se corre a través del panel de absorción. A este respecto, la sal fundida solidifica a aproximadamente 221 °C (430°F, 494°K) . Cuando el panel (es) tubular del receptor solar no se expone a la luz/calor, ya sea intencionalmente en paro o inesperadamente debido al mal funcionamiento del campo de helióstatos, la sal fundida puede enfriarse rápidamente y formar taponamientos. Los tubos taponados pueden causar retardos en el arranque y podrían conducir a fallas del tubo. De esta manera, la habilidad para drenar la sal fundida rápidamente es típicamente parte del diseño del receptor solar. Las válvulas y las tuberías adicionales para tal drenaje no se pueden representar en la presente, pero se deben considerar como que están presentes. La presente descripción también contempla el uso de agua, vapor, o cualquier otro fluido de transferencia de calor, con modificaciones apropiadas hechas a otros componentes del receptor solar.

Inicialmente, los componentes del ensamblaje de ala y el ensamblaje de receptor central se describen por separado. Las FIGS. 2-4 son varias vistas frontales de un ensamblaje de ala que contiene un panel de absorción de calor de exposición doble de dos lados, que difiere en la presencia o ausencia de ciertas estructuras y que permiten una mejor comprensión de la presente descripción.

En la FIG. 2, un panel de absorción de calor de dos lados 200 es visible. El panel de absorción 200 incluye un panel tubular 210. El panel tubular 210 tiene una primera cara expuesta 222 y una segunda cara expuesta 224 (no visible; ver la FIG. 5) opuesta a la primera cara expuesta. El término "expuesto" se refiere al hecho de que la luz solar concentrada de los helióstatos se puede dirigir contra la cara del panel tubular. La primera cara 222 y la segunda cara 224 también pueden ser referidas como caras exteriores, que también se refiere a que son capaces de recibir luz solar concentrada a partir de los helióstatos. La primera cara y la segunda cara son generalmente superficies planas. El panel tubular 210 se extiende entre un cabezal superior 242 y un cabezal inferior 250. Puesto de otra manera, los tubos en el panel tubular se interconectan por al menos un cabezal superior y por al menos un cabezal inferior. Se debe observar que en la práctica, el panel tubular puede incluir múltiples cabezales superiores y cabezales inferiores. El panel tubular 210 también tiene un borde superior 212, un borde inferior 214, un primer borde lateral 216, y un segundo borde lateral 218. Se debe observar que en esta vista, se puede observar a través de la estructura entre el panel tubular 210 y la estructura de soporte estructural 300.

Una estructura de soporte estructural 300 corre alrededor del borde superior 212, el borde inferior, el primer borde lateral 216 y el segundo borde lateral 218 del panel tubular de ala. La estructura de soporte estructural 300 incluye una primera columna vertical 310, una segunda columna vertical 320, una viga horizontal superior 330 y una viga horizontal inferior 380. La viga horizontal superior 330 se extiende entre un extremo superior 312 de la primera columna vertical y un extremo superior 322 de la segunda columna vertical. La viga horizontal inferior 380 se extiende entre un extremo inferior 314 de la primera columna vertical y un extremo inferior 324 de la segunda columna vertical.

Como se observa aquí, la primera columna vertical 310 está adyacente al primer borde lateral 216, la segunda columna vertical 320 está adyacente al segundo borde lateral 218, la viga horizontal superior 330 está adyacente al borde superior 212 del panel tubular de ala y la viga horizontal inferior 380 está adyacente al borde inferior 214 del panel tubular de ala. El panel tubular de ala 210 se conecta a la estructura de soporte estructural 300 a través del cabezal superior 242. Aquí, el panel tubular de ala se soporta en la parte superior. Por lo menos una barra de soporte de panel 202 se extiende entre la estructura de soporte estructural 300 y el cabezal superior 242; tres de tales barras de soporte del panel se muestran aqui.

Generalmente, un panel tubular de ala 210 requiere por lo menos un paso de tubo 240, un cabezal superior 242, y un cabezal inferior 250. El HTF fluye desde el cabezal de entrada al cabezal de salida (por ejemplo, aqui el cabezal superior puede ser el cabezal de entrada) y se calienta en el paso de tubo por la energía solar de los helióstatos. Cada paso de tubo 240 incluye por lo menos un tubo, y generalmente incluye una pluralidad de tales tubos. En la FIG. 2, el panel tubular de ala se muestra con una pluralidad de pasos de tubo (aquí cuatro) . Los paneles tubulares y los pasos de tubo contemplados en la presente son de construcción tubular suelta para permitir la expansión diferencial independiente entre los tubos, reduciendo los esfuerzos del tubo. Las caras expuestas de los tubos se pueden recubrir o pintar para incrementar/maximizar la absorción de calor, por ejemplo, con una pintura negra de alta temperatura especial. Los pasos de tubo adyacentes se arreglan de modo de que el fluido de transferencia de calor fluye hacia arriba a través de un paso de tubo y hacia abajo a través de otro paso de tubo de una manera serpentina. Varios arreglos de flujo de fluido se pueden utilizar para facilitar el drenaje del HTF y minimizar el número de válvulas de ventilación y drenaje. Las flechas aquí ilustran tal arreglo de flujo de fluido.

En la FIG. 3, se muestran dos estructuras de refuerzo. Cada estructura de refuerzo de preferencia corre desde el primer borde lateral 216 al segundo borde lateral 218 a través de la primera cara 222 y la segunda cara 224 del panel tubular. Aqui, una primera estructura de refuerzo 401 está ubicada en una primera elevación de soporte 225 y una segunda estructura de refuerzo 402 está ubicada en una segunda elevación de soporte 226. Las dos estructuras de refuerzo se arreglan en paralelo. Como se explica adicionalmente enseguida, cada estructura de refuerzo se forma de dos ensamblajes de soporte, un ensamblaje de soporte en cada cara del panel tubular. Cada ensamblaje de soporte incluye un tubo de soporte. Aqui, el tubo de soporte 400 está visible en esta primera cara. El tubo de soporte 406 proporciona las estructuras de refuerzo sobre la segunda cara.

Generalmente, el número de estructuras de refuerzo puede depender de la longitud no soportada máxima del panel tubular de ala que resistirá el viento y las cargas sísmicas. A este respecto, el panel tubular de ala 210 se puede considerar como que está dividido en una sección superior 230, una sección media 232 y una sección inferior 234, que generalmente (pero no necesariamente) divide la porción expuesta del panel tubular de ala en secciones iguales a lo largo su altura. La primera estructura de refuerzo 401 se muestra en la sección superior 230, y la segunda estructura de refuerzo 402 se muestra en la sección inferior 234. Puesto de otra manera, las estructuras de refuerzo típicamente no se ubican en la sección media. Esto mantiene las estructuras de refuerzo fuera de la zona de flujo de calor pico y reduce sus temperaturas de operación. Se contempla que las estructuras de refuerzo incluirán los tubos de soporte que serán enfriados por algo de fluido de transferencia de calor, que puede ser el mismo como o diferente del HTF que se pasa a través del panel tubular de ala. Por ejemplo, el uso de aceite o agua puede eliminar el potencial para la congelación de la sal fundida en la estructura de refuerzo durante el arranque y el paro. Aquí, las estructuras de refuerzo se ilustran como que se forman en parte por un tubo de soporte 400 que se conecta al cabezal superior 242 y el cabezal inferior 250, y usa el mismo HTF como aquel que pasa a través del panel tubular 210. Las estructuras de refuerzo 401, 402 son las porciones del tubo de soporte 400 que corren a través de la cara 222 del panel tubular 210. El sistema de circuito finalmente se diseña para minimizar las temperaturas y esfuerzos, permitir la expansión térmica independiente de la estructura de refuerzo, y minimizar el potencial para la congelación del fluido durante el arranque. La cara exterior de la estructura de refuerzo se puede pintar o recubrir para reducir/minimizar la absorción de calor.

En la FIG. 4, la estructura de soporte estructural (no visible; ver la FIG. 2) se muestra con escudos de calor montados para proteger ciertas partes del diseño de la exposición a la luz solar concentrada que viene de los heliostatos. La estructura de soporte estructural 300 no es visible en la FIG. 4, pero es visible en la FIG. 2. Aquí, un primer escudo de calor 340 protege la primera cara 222 del panel tubular de ala 210. Un segundo escudo de calor 360 (no visible; ver la FIG. 5) también protege la segunda cara 224 del panel tubular de ala. En este respecto, el escudo de calor 340 incluye un borde interior 342 que forma una ventana en el escudo de calor a través de la cual es visible el panel tubular de ala 210. El escudo de calor 340 se puede considerar como que incluye una cara superior 352, una primera cara lateral 354, una segunda cara lateral 356 y una cara inferior 358. Las lineas de guiones muestran el contorno del panel tubular de ala 210, el cabezal superior 242, y el cabezal inferior 250. Como se observa aquí, el borde interior 342 del escudo de calor colinda con los bordes laterales 216, 218 del panel tubular de ala, pero también podrían ser arreglados con un espaciado o espacio abierto entre el escudo de calor y los bordes laterales del panel tubular para permitir más energía solar en el borde del panel mientras que reduce el escape en los escudos de calor. Cada escudo de calor 340, 360 también podría ser considerado como que tiene una cara superior, una primera cara lateral, una segunda cara lateral y una cara inferior. El primer escudo de calor y el segundo escudo de calor generalmente se hacen de un material resistente al calor. El escudo (s) de calor también se puede recubrir o pintar con una pintura blanca de alta temperatura reflectiva para disminuir/minimizar la absorción de calor y/o la temperatura de operación.

La FIG. 5 es una vista lateral exterior del ensamblaje de ala. El primer escudo de calor 340 y el segundo escudo de calor 360 son visibles aqui . La primera cara expuesta 222 y la segunda cara 224 también son indicadas. La base 302 de la estructura de soporte estructural se muestra y el ápice 304 de la estructura de soporte estructural también se indican. Se debe observar que un escudo de calor 370 también está presente en los lados de la estructura de soporte estructural 300.

Como se observa en la FIG. 3, las estructuras de refuerzo se utilizan para soportar y fortalecer el panel tubular. Las PIGS. 6-8A son diferentes vistas de una modalidad ejemplar de una estructura de refuerzo. La FIG. 6 es una vista en planta (es decir, la parte superior) de la modalidad ejemplar. La FIG. 7 es una vista de sección transversal lateral de la modalidad ejemplar. La FIG. 8 es una vista frontal de la modalidad ejemplar. La FIG. 8A es una vista en perspectiva.

Con referencia a la FIG. 6, la estructura de refuerzo 401 se forma de un primer ensamblaje de soporte 410 y un segundo ensamblaje de soporte 470, que se ubican en las caras expuestas opuestas del panel tubular. (Con referencia nuevamente a la FIG. 3, el primer ensamblaje de soporte 410 es parte del tubo de soporte 400, y el segundo ensamblaje de soporte 470 es parte del tubo de soporte 406) . Cada ensamblaje de soporte 410 incluye un tubo de soporte 420, la pestaña horizontal 430 y la barra festoneada 440. El tubo de soporte 420 se contempla que es hueco y permite que un fluido de enfriamiento pase a través del mismo. Una pestaña horizontal 430 se extiende desde el tubo de soporte hacia dentro en el panel tubular 210. La pestaña horizontal 430 tiene una ranura 432 en la misma. Como se observa aquí, las pestañas horizontales 430, 472 en los dos ensamblajes de soporte están opuestas entre si. La barra festoneada 440 tiene una cara contorneada que se acopla al panel tubular 210, y las orejetas 448 en una cara opuesta. La barra festoneada se conecta al tubo de soporte por un perno 450 que pasa a través de las orejetas 448 y la ranura 432. La barra de festoneada se mantiene acomodada (pero no fijada) contra los tubos del panel 460 con pernos 452 que pasan a través de las orejetas 454 que se soldán a algunos de los tubos de panel, y la barra festoneada acopla uno o más de los tubos. Las orejetas 454 que sostienen la barra festoneada 440 entre los tubos 460 y los pernos 452 se desalinean de la orejeta 448 que conecta la barra festoneada 440 al tubo de soporte 420. Esto permite que los tubos de panel y las barras festoneadas se expandan térmicamente en concordancia en la dirección vertical, independiente del ensamblaje de soporte relativamente estacionario (en la dirección vertical) . Un manguito protector 446 se puede colocar entre el tubo de panel y la barra festoneada como se muestra para proteger a los tubos del desgaste y/o acanalado si se presenta cualquier movimiento relativo (contacto deslizante) entre la barra festoneada y los tubos de panel. Se observa que solamente un par de pestañas y orejetas 430, 478 se representa aqui, pero pestañas y orejetas adicionales se pueden presentar en cada ensamblaje de soporte para resistir el torcimiento del panel y mantener la alineación de panel a panel. De manera similar, solamente una barra festoneada 440 se muestra unida al tubo de soporte 420, pero múltiples barras festoneadas podrían ser utilizadas a lo largo del tubo de soporte para reforzar un solo panel amplio o múltiples paneles, por ejemplo, si hay una diferencia significativa en la expansión térmica vertical entre los tubos dentro de un panel o entre los paneles, como sea deseado. También, cada barra festoneada 440 podría tener múltiples orejetas 448. La estructura de refuerzo puede ser soportada por la estructura de soporte estructural (ver la FIG. 3) . Los tubos de soporte se pueden unir o conectar a las columnas verticales de la estructura de soporte, aunque no se muestran aquí como tal.

La estructura de refuerzo permite la expansión térmica independiente de los tubos individuales en el panel de tubo de ala, así como para la expansión térmica independiente de la estructura de refuerzo y los tubos de soporte. El arreglo de perno/ranura entre la barra festoneada y el tubo de soporte permite que los tubos de soporte se expandan térmicamente de manera axial independientemente de la expansión radial de los tubos en el panel tubular de ala. (Observar que el eje del tubo de soporte está horizontal y perpendicular al eje de los tubos en el panel tubular de ala . ) El sistema de soporte descrito en lo anterior permite que los tubos individuales 460 sean arreglados en un aspecto de tubo tangente con espacio mínimo entre los tubos.

Esto reduce la pérdida de energía de la luz que pasa a través de los espacios y por lo tanto incrementa la absorción de calor y la eficiencia del receptor. Los tubos individuales 460 se observan aquí con sus centros 462 a lo largo de la línea media 405 del panel tubular. Otras variaciones en el arreglo de tubo también se contemplan.

Con referencia ahora a la FIG. 7, en algunas modalidades, el tubo de soporte 420 del ensamblaje de soporte podría tener un diámetro diferente 425 del diámetro 465 de cualquier tubo 460 en el panel tubular para proporcionar los tubos de soporte con refuerzo adicional y con el fin de reforzar el panel y las partes asociadas con el ensamblaje de soporte, para de esta manera reducir en parte las temperaturas de operación. En algunas modalidades, el diámetro del tubo de soporte 425 es más grande que el diámetro 465 de cualquier tubo 460 en el panel tubular. El tubo de soporte 420 también se puede considerar como que tiene una cara interior 422 y una cara exterior 424, la cara exterior que es expuesta a la luz solar reflejada de los heliostatos. La cara exterior 424 del tubo de soporte se puede recubrir o pintar para disminuir/minimizar la absorción de calor y/o temperatura de operación.

Con referencia a la FIG. 3, se contemplan específicamente por lo menos tres variaciones en las estructuras de refuerzo. Primero, los tubos de soporte 400, 406 que constituyen las estructuras de refuerzo 401, 402 se ilustran como que son conectados al cabezal superior 242 y el cabezal inferior 250, de modo que utilizan el mismo HTF a medida que fluye a través del panel tubular 210. Sin embargo, se contemplan otras modalidades en las cuales los tubos de soporte utilizan un fluido de enfriamiento diferente. Esto podría ser realizado, por ejemplo, al conectar los tubos de soporte a cabezales separados. Segundo, el tubo de soporte 400 se ilustra aquí como que contribuye al ensamblaje de soporte para ambas de las estructuras de refuerzo 401, 402.

En otras modalidades, las estructuras de refuerzo se podrían hacer utilizando tubos de soporte separados. Por ejemplo, un tubo de soporte podría correr a través de la primera elevación de soporte 225, pero no podría correr nuevamente a través de la segunda elevación de soporte 226; un tubo de soporte diferente podría ser utilizado para la estructura de refuerzo de la segunda elevación de soporte si es necesario. Tercero, como es ilustrado aquí una estructura de refuerzo 401 utiliza dos tubos de soporte separados 400, 406. Otras modalidades se contemplan donde solamente un tubo de soporte se utiliza para la estructura de refuerzo. Esto se podría hacer, por ejemplo, al formar el tubo de soporte como un apoyo rectangular que circunda el panel tubular. El único tubo de soporte proporcionaría la estructura de refuerzo 401 adyacente a la primera cara del panel y luego se envolvería alrededor del panel a la misma elevación y proporcionaría la estructura de refuerzo adyacente a la cara opuesta del panel tubular. Esto se podría hacer en la segunda elevación de estructura de refuerzo 402 también por el mismo tubo de soporte o un diferente tubo de soporte.

También se observa que en la FIG. 3, cada tubo de soporte se conecta al cabezal superior y el cabezal inferior en el mismo lado del panel tubular. Por ejemplo, el tubo de soporte 400 se conecta tanto a la cabezal superior 242 como al cabezal inferior 250 a lo largo del primer borde lateral 216. Se debe entender que esto puede diferir. Por ejemplo, si solamente está presente una estructura de refuerzo, el tubo de soporte 400 podría conectarse al cabezal superior 242 a lo largo de primer borde lateral 216, luego cruzar la primera cara y conectarse al cabezal inferior a lo largo del segundo borde lateral 218.

Como se discutió en lo anterior, los receptores solares de la presente descripción incluyen un ensamblaje de ala y un ensamblaje de receptor central. Ahora se describen algunos ensamblajes de receptor central diferentes.

La FIG. 9 es una vista de sección transversal esquemática de los diversos componentes de una modalidad ejemplar del ensamblaje de receptor central. En esta modalidad ejemplar, se contempla que el fluido de transferencia de calor (HTF) es vapor y agua. Generalmente, el ensamblaje de receptor central 800 tiene una estructura de soporte interna 810 y por lo menos un panel tubular central 820.

La estructura de soporte interna 810 representada aqui tiene una forma rectangular cuando se visualiza desde el lado y una forma cuadrada cuando se visualiza desde arriba (es decir una vista en planta) . La estructura de soporte interna 810 aqui se ensambla de cuatro postes verticales 812 y tres elevaciones de armaduras 814 arregladas horizontalmente entre los postes. Los postes verticales se unen a una base 816. La estructura de soporte interna 810 define un volumen interior 811 en el cual los componentes de receptor solar se pueden ubicar y no se exponen a la luz solar concentrada. Por ejemplo, aqui un separador de vapor/agua vertical 802 se ubica dentro del volumen interior 811. El volumen interior 811 se protege de la luz solar concentrada mediante los paneles tubulares exteriores y por barreras que bloquean que la luz pase entre los tubos sueltos, tangenciales. Se muestran plataformas de acceso 818 aqui en dos niveles para proporcionar acceso al volumen de la estructura de soporte interna.

El receptor solar representado aqui tiene dos diferentes conjuntos de paneles tubulares centrales 820, que sirven como paneles tubulares evaporadores 822 y paneles tubulares supercalentadores 824. Cada panel tubular central 820 se extiende entre un cabezal superior 826 y un cabezal inferior 828. El separador de vapor/agua vertical 802 se interconecta estructuralmente y fluidamente a los paneles tubulares 822, 824. La estructura de soporte interna 810 soporta el separador de vapor/agua vertical 802 y los paneles tubulares centrales 820. Los paneles tubulares centrales 820 se montan a la estructura de soporte interna 810 en las armaduras 814.

Como se representa aquí, cada lado del receptor solar 800 comprende un panel tubular evaporador 822 y un panel supercalentadores 824. Dos paneles supercalentadores primarios (PSH) 824 forman una esquina del ensamblaje de receptor central 800 y dos paneles supercalentadores secundarios (SSH) 824 forman una esquina opuesta (no mostrada) . Para permitir la flexibilidad de los tubos, los paneles evaporadores 822 y los paneles supercalentadores 824 se construyen típicamente de tubos sueltos tangentes estrechamente espaciados (sin membrana) con dobleces de tubo generados cerca de los cabezales para flexibilidad adicional. Los tubos pueden ser tubos de pared delgada de diámetro pequeño para minimizar el lado caliente a frío y a través de las diferenciales de temperatura de la pared del tubo y el esfuerzo térmico. Los paneles tubulares pueden expandirse térmicamente en las direcciones tanto horizontal como vertical, para de esta manera minimizar los esfuerzos del tubo. Otros arreglos de los paneles tubulares evaporadores 822 y los paneles supercalentadores 824 también se contemplan. Por ejemplo, los paneles evaporadores 822 y los paneles supercalentadores 824 no se pueden colocar sobre cada lado, o los paneles supercalentadores 824 no pueden encontrarse en una esquina, o aún pueden estar en configuraciones diferentes de paneles evaporativos plurales 822 y supercalentadores 824 proporcionados en un lado dado.

Los cabezales superiores 826, cabezales inferiores 828, y otros componentes se protegen del derramamiento y dirección de energía de luz por los escudos de calor que se extienden alrededor del perímetro del ensamblaje de receptor central 800. Un escudo de calor superior 840 se ubica arriba de los paneles tubulares centrales 820, y un escudo de calor inferior 842 se ubica abajo de los paneles tubulares centrales 820. El lado expuesto de los escudos de calor se puede pintar de blanco para reducir las temperaturas de operación. El lado trasero de los escudos de calor típicamente no se aisla para reducir las temperaturas de operación. Un espacio también se puede presentar entre los escudos de calor 840, 842 y los paneles tubulares centrales 820 para permitir el flujo de aire natural para el enfriamiento adicional.

Una explicación del flujo de fluido puede ser útil en explicar las conexiones entre los diversos componentes. El ensamblaje de receptor central 800 se diseña para la circulación natural y no requiere una bomba de circulación, aunque se puede proporcionar una. El agua de alimentación entra al separador vertical 802 cerca de la altura media del receptor 800 . Esta agua relativamente fria fluye hacia abajo a través de un tubo descendente (no mostrado) en el fondo del separador vertical. Los tubos de suministro 850 llevan el agua desde el tubo descendente a los cabezales inferiores de los paneles evaporadores 822 . La energia/calor solar de los helióstatos se absorbe por el agua que fluye hacia arriba a través de los tubos en los paneles evaporadores 822 , que es menor en densidad que el agua que deja el separador vertical 802 , que da por resultado una acción de bombeo natural. La mezcla de agua-vapor sale de los cabezales en la parte superior de los paneles evaporadores 822 . Los tubos ascendentes 852 llevan la mezcla de agua-vapor al separador vertical 802 , que separa la mezcla en agua y vapor saturado seco. El agua removida fluye hacia abajo en el separador vertical 802 para la recirculación.

El vapor saturado seco deja la parte superior del separador vertical 802 y fluye a través de la tubería de vapor saturado 854 a los cabezales de entrada en la parte superior de los paneles supercalentadores primarios 824. El vapor fluye a través de los pasos de tubo de los paneles supercalentadores primarios 824 en paralelo, iniciando adyacente a los paneles evaporadores 822 . Este arreglo pone el vapor más frío cercano a los paneles evaporadores 822 para proteger a los paneles supercalentadores 824 del derramamiento durante el arranque. A medida que el vapor fluye a través de los paneles supercalentadores primarios, la energía/calor solar de los helióstatos se absorbe por el vapor con el fin de elevar la temperatura arriba de la saturación. El vapor luego sale de los paneles supercalentadores primarios 824 , se mezcla y fluye a través del atemperador 856 y la tubería asociada 858 , luego se divide y entra a los paneles supercalentadores secundarios (no visibles) en la parte superior. Los paneles supercalentadores secundarios se ubican en una esquina opuesta del ensamblaje de receptor central 800 . Similar al supercalentador primario, el vapor fluye a través de los pasos de tubo de los paneles supercalentadores secundarios en paralelo, iniciando adyacente a los paneles evaporadores. Este arreglo pone el vapor más frío del supercalentador secundario enseguida a los paneles evaporadores para proteger a los paneles supercalentadores del derramamiento durante el arranque. A medida que el vapor fluye a través de los pasos del supercalentador secundario, la energía/calor solar de los helióstatos se absorbe por el vapor con el fin de elevar adicionalmente la temperatura. El vapor supercalentado final puede dejar el ensamblaje de receptor central 800 (y el receptor solar) por la vía de un tubo de vapor principal (no mostrado) .

La PIG. 10A es una vista lateral de un panel tubular central 820 que utiliza absorción de calor de un lado, y la FIG. 10B es una vista esquemática en perspectiva agrandada del panel tubular central. Una barrera de luz de panel modular reflectiva 836 se ubica detrás de los tubos 830 (es decir, la cara no expuesta del panel tubular central) opuestos al lado absorbente de calor (es decir exterior) del panel tubular. La barrera de luz se diseña para proteger el aislamiento 838, la estructura de soporte 810, y las partes interior del receptor solar de la lluvia y la exposición al calor que puede viajar a través de los espacios entre los tubos tangentes sueltos de los paneles tubulares. El diseño modular de la barrera de luz simplifica la remoción para inspecciones y/o mantenimiento. La barrera de luz 836 está compuesta de un arreglo de láminas de metal y se puede recubrir con pintura blanca u otro material reflectivo sobre el lado del tubo para maximizar la reflectancia de la energía luminosa nuevamente a los tubos y reducir las temperaturas de operación de la placa de barrera. La barrera de luz es soportada por la estructura de unión del tubo, es decir, el sistema de soporte de armadura · 814. Detrás de la barrera de luz (es decir, el interior adicional de receptor solar) está el aislamiento 838, que es cubierto por una capa de aislamiento .

Alternativamente, en otra modalidad ejemplar del receptor solar se contempla que el fluido de transferencia de calor (HTF) es sal fundida. La FIG. 11 es un diagrama esquemático que ilustra el flujo de fluido a través del ensamblaje de receptor central 800 que utiliza sal fundida. En este diagrama, el fluido fluye a través de dos lados (es decir dos paneles tubulares 884, 886) del receptor solar. Una segunda ruta de flujo paralela e independientemente controlada a través de los otros dos lados del receptor no se muestra pero es idéntica. Inicialmente, un tubo ascendente 870 proporciona la sal fundida fría a un recipiente de entrada de sal fundida 860 desde el tanque de almacenamiento frío 801. Por ejemplo, la sal fundida "fría" se puede bombear desde el tanque de almacenamiento frío que tiene una temperatura de aproximadamente 288°C (550°F). Un tubo de entrada 872 conecta fluidamente el recipiente de entrada 860 a una primera entrada de panel tubular 874. Los tubos impulsores 896 entre los pasos de tubo también se ilustran. La primera salida de panel tubular 876 se conecta fluidamente a una segunda entrada de panel tubular 878 a través de un tubo de cruzamiento 875. Un tubo de salida 882 fluidamente conecta la segunda salida de panel tubular 880 a un recipiente de salida de sal fundida 862. El HTF puede fluir desde el recipiente de entrada 860 a través del primer panel tubular 884 y el segundo panel tubular 886 al recipiente de salida 862. Un tubo descendente 888 conduce desde el recipiente de salida 862 nuevamente al grado, donde el fluido "caliente" puede fluir en el tanque de almacenamiento caliente 803.

El tubo de salida 882 y el recipiente de salida 862 son opcionales y no requeridos, lo que es indicado por la linea de guiones. Sin un recipiente de salida, el HTF fluye desde la segunda salida de panel tubular 880 directamente al tubo descendente 888 por la vía del tubo de salida 891. Una linea de desviación 890 también conecta el tubo ascendente 870 al tubo descendente 888. Si se desea, esta ruta de flujo de desviación puede impedir al HTF de fluir a través de los paneles tubulares 884, 886.

Esto completa el proceso de recolección de energía.

La energía térmica almacenada en el fluido de transferencia de calor se puede utilizar para generar vapor y electricidad. Esto se hace mediante, por ejemplo, el bombeo del HTF caliente desde el tanque de almacenamiento caliente 803 a través del lado de cubierta de un intercambiador de calor 805. El agua entra al lado del tubo del intercambiador de calor 805 y se convierte a vapor. El vapor se puede enviar a la turbina 807, que impulsa un generador eléctrico 809. El HTF más frío que deja el intercambiador de calor luego retorna al tanque de almacenamiento frío 801, donde se bombea los receptores para repetir el proceso de recolección de energía descrito en lo anterior.

Para un receptor de sal fundida, los paneles tubulares deben ser completamente drenables y ventilables. El receptor usualmente se drena cuando no está en uso, en la puesta del sol, o cuando la energía solar disponible es muy baja. La sal fundida solidifica a aproximadamente 221 °C (430°F, 494°K) . Si no se drena, la sal puede congelarse dentro de los tubos, taponar el receptor, y podría romper los tubos. Como se observa aquí, el receptor solar puede incluir una válvula de ventilación 892 para cada ruta de flujo independiente que son ambas ventiladas a través de la parte superior del tubo descendente 888. La válvula de ventilación típicamente se ubica cerca de la parte superior del tubo descendente 888, y la tubería de ventilación 894 también se ilustra que conecta la ruta de flujo al tubo descendente. Una válvula de drenaje 897 se proporciona típicamente para cada par de paneles tubulares, y se ubican debajo de los paneles tubulares. La tubería de drenaje 898 también se ilustra, y conecta al tubo descendente 888 de modo que la sal fundida presente en los paneles tubulares se drena y fluye en el tubo descendente 888. Las válvulas de ventilación y las válvulas de drenaje son automatizadas.

Se debe observar que en la FIG. 11, los diversos tubos se ilustran como que son rutas de fluido relativamente rectas. Sin embargo, será apreciado por aquellos expertos en la técnica que su diseño real en términos de arreglo y longitud será determinado por el grado de flexibilidad requerido para ajustarse a los movimientos esperados causados por la expansión y contracción térmica durante la operación del receptor solar. De esta manera es probable que dobleces adicionales o longitud puedan ser necesarios para proporcionar tal flexibilidad.

La FIG. 12 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de receptor central ensamblado que utiliza sal fundida. En el fondo, el tubo ascendente 870 entra al recipiente de entrada 860. El recipiente de entrada de sal fundida 860 se ubica abajo del recipiente de salida opcional 862. El recipiente de entrada 860 también se ubica a bajo de los paneles tubulares centrales 820. Puesto de otra manera, los paneles tubulares centrales 820 se ubican (tanto estructuralmente como fluidamente) entre el recipiente de entrada 860 y el recipiente de salida opcional 862. El tubo descendente 888 también es visible. Una caja de horno superior 864 encierra los cabezales superiores de los paneles tubulares centrales 820. Una caja de horno inferior 866 encierra los cabezales inferiores de los paneles tubulares centrales 820. En este respecto, las cajas de horno utilizan elementos calentadores eléctricos para precalentar las áreas de los paneles tubulares centrales 820 que no se exponen al flujo de calor solar concentrado antes del relleno. El precalentamiento es necesario en el arranque para asegurar que todo el metal que entra en contacto con el HTF se caliente a por lo menos la temperatura asociada con el HTF frío antes de la introducción de la HTF a través del ensamblaje de receptor central 800. El escudo de calor superior 840 se ubica arriba de los cabezales superiores de los paneles tubulares centrales 820 y arriba de la caja de horno superior 864. El escudo de calor inferior 476 se ubica abajo de los cabezales inferiores de los paneles tubulares centrales 820 y abajo de la caja de horno inferior 866. En la parte superior del ensamblaje de receptor central, la estructura de soporte interna 810 es visible, como es el recipiente de salida opcional 862.

Las FIGS. 13-17 ilustran varias vistas de una modalidad ejemplar de un receptor solar de la presente descripción. El receptor solar incluye un ensamblaje de receptor central y por lo menos un ensamblaje de ala. Generalmente, hay un ensamblaje de ala para cada esquina del ensamblaje de receptor central. En la modalidad representada, el ensamblaje de receptor central tiene una forma de cuadro y hay cuatro ensamblajes de ala.

La FIG. 13 es una vista en planta de receptor solar 900 que muestra los paneles tubulares 920 en el ensamblaje de receptor central de cuatro lados 910 y cuatro ensamblajes de ala 930, con las estructuras de soporte removidas. Los cuatro lados del ensamblaje de receptor central son paneles tubulares centrales 920 que tiene una primera cara expuesta 922 en el exterior y una segunda cara no expuesta 924 en el interior del ensamblaje de receptor central. Un volumen interior 911 está presente en el ensamblaje de receptor central. Un ensamblaje de ala 930 se extiende desde cada esquina 913 del ensamblaje de receptor central. Un ensamblaje de ala en esta configuración de cuatro lados esta perpendicular a los ensamblajes de ala adyacentes. Generalmente, el ensamblaje de receptor central podría ser cualquier forma poligonal de n lados con cualquier cantidad de ensamblajes de ala.

La FIG. 14 es una vista lateral isométrica del receptor solar con los escudos de calor en su lugar. La FIG. 15 es una vista frontal del receptor solar con los escudos de calor en su lugar. El ensamblaje de receptor central 910 tiene un escudo de calor superior 912 ubicado arriba del panel tubular central 920, y un escudo de calor inferior 914 ubicado abajo del panel tubular central. Un escudo de calor 960 protege cada cara expuesta 992, 994 del panel tubular de ala 990. El escudo de calor 960 se puede considerar como que incluye una cara superior 962, una cara inferior 964 y una cara lateral 966. La cara lateral 966 del escudo de calor de ensamblaje de ala se ubica distante del ensamblaje de receptor central. Un escudo de calor lateral 970 en el lado del ensamblaje de ala 930 también está visible.

Con referencia a la FIG. 14, un espacio abierto interior 932 está visible entre el panel tubular central 920 y el panel tubular de ala 990, y no está presente el escudo de calor en esta área. Un espacio abierto exterior 934 también está presente entre la cara lateral 966 del escudo de calor de ensamblaje de ala y el borde lateral 995 del panel tubular de ala. Estos espacios abiertos crean un panel tubular de ala independiente. Este arreglo permite que los helióstatos sean enfocados más uniformemente a través del ancho del panel tubular de ala, que generalmente requiere que algunos helióstatos sean enfocados hacia los bordes. Los espacios abiertos proporcionan un amortiguador que reduce el derramamiento de la luz solar concentrada en los escudos de calor. La luz solar concentrada puede pasar a través del espacio abierto de un lado del panel tubular de ala al otro lado. Sin embargo, es posible que la luz solar concentrada que pasa a través impactará otro panel tubular en el receptor solar, dependiendo de la orientación y dirección de la luz solar concentrada.

Un escudo de calor horizontal 915 se ubica arriba del panel tubular central 920 también, y se extiende al extremo distante 936 de los ensamblajes de ala. El escudo de calor horizontal 915 ubica en una elevación que protege el panel tubular central, o a lo largo del borde interior 968 del escudo de calor de ensamblaje de ala (ver la FIG. 15) . El escudo de calor superior 912 del ensamblaje de receptor central, el escudo de calor inferior 914 del ensamblaje de receptor central y el escudo de calor 970 del ensamblaje de ala todos pueden ser recubiertos/pintados para reducir/minimizar la absorción de calor. La primera cara expuesta 992 y la segunda cara expuesta 994 del panel tubular de ala 990 se puede recubrir/pintar para incrementar/maximizar la absorción de calor, como puede ser la primera cara expuesta 922 (ver la PIG. 15) del panel tubular central 920.

La FIG. 16 es una vista lateral isométrica del receptor solar con los escudos de calor removidos para remover algo de la estructura implícita. La FIG. 17 es una vista frontal del receptor solar con los escudos de calor removidos .

La modalidad representada aquí es un receptor solar de vapor/agua con el agua como el HTF, de modo que se incluye un generador de vapor/agua vertical 901 (ver la FIG. 15) . La estructura de soporte interna 904 del ensamblaje de receptor central también es visible, y se extiende arriba de los paneles tubulares. La estructura de soporte estructural 940 para el ensamblaje de ala representado aquí incluye una primera columna vertical 942 en un extremo distante 936. Una viga horizontal superior 948 se extiende desde un extremo superior 944 de la primera columna vertical a una conexión superior sobre la estructura de soporte interna (número de referencia 908) . Una viga horizontal inferior 950 se ubica abajo del panel tubular de ala, y se extiende desde un extremo inferior 946 de la primera columna vertical a una conexión inferior (número de referencia 956) sobre la estructura de soporte interna 904. Como se muestra aquí, la viga horizontal inferior se conecta pero no se fija a la estructura de soporte interna para permitir la expansión térmica diferencial; sin embargo, también se contemplan otras de tales modalidades. La viga horizontal superior 948 y la viga horizontal inferior 950 están generalmente paralelas entre si, aunque esto no es requerido.

También visible en la FIG. 16 y la FIG. 17 están en una primera estructura de refuerzo 980 y una segunda estructura de refuerzo 984, que se ubican en una primera elevación de soporte 991 y una segunda elevación de soporte 993 en el panel tubular de ala. Estas estructuras de refuerzo son similares a aquellas descritas en las FIG. 6-8A, y el primer ensamblaje de soporte 982, 986 de cada estructura de refuerzo es visible. Se debe observar que aqui, el primer ensamblaje de soporte 982 de la primera estructura de refuerzo se conecta fluidamente al primer ensamblaje de soporte 986 de la segunda estructura de refuerzo a través de un tubo intermedio 903. Además, el primer ensamblaje de soporte 982 de la primera estructura de refuerzo se conecta fluidamente al cabezal superior 996 del panel tubular de ala a través de un tubo de entrada 902. El primer ensamblaje de soporte 986 de la segunda estructura de refuerzo se conecta fluidamente al cabezal inferior 998 del panel tubular de ala a través de un tubo de salida 905. En este respecto, el fluido de transferencia de calor puede fluir a través del tubo de soporte del ensamblaje de soporte para enfriar el ensamblaje de soporte. Alternativamente, los ensamblajes de soporte de cualquier estructura de refuerzo se pueden conectar fluidamente al panel tubular central sobre el ensamblaje de receptor central.

Debido a que esta modalidad representada es un receptor solar de vapor/agua con agua como el HTF, la tubería de saturación 906 es visible extendiéndose desde la parte superior del separador vertical 901 a los cabezales superiores 996 de los paneles tubulares de ala. En este respecto, los paneles tubulares centrales están siendo utilizados como paneles evaporadores para convertir el agua en una mezcla de agua/vapor. Los paneles tubulares de ala luego se utilizan como paneles supercalentadores . Alternativamente, los paneles tubulares centrales podrían ser utilizados como paneles supercalentadores, y los paneles tubulares de ala utilizados como paneles evaporadores. Un receptor solar de sal fundida seria arreglado de manera similar pero no seria un separador vertical, y la tubería de sal conectaría los paneles de ala a los paneles tubulares centrales .

Se debe observar que la construcción de los paneles tubulares centrales puede diferir de la construcción de los paneles tubulares de ala. En modalidades particulares tales como receptores solares de vapor/agua, los tubos en el panel tubular central pueden tener rebordes internos helicoidales, o en otras palabras tubería rebordeada interna helicoidal se puede utilizar para el panel tubular central, particularmente cuando estos paneles se utilizan como paneles evaporadores . Esto permite una entrada de calor más alta en los paneles tubulares centrales, que se calientan en únicamente un lado, que incrementa la eficiencia de calentamiento práctica máxima. Esto permite que el receptor solar sea diseñado para ya sea la circulación natural o forzada con los flujos de calor incidentes que pueden ser dos o tres veces más grandes comparados con los tubos de orificio liso. Alternativamente, los insertos de alambre de muelle en espiral, insertos de cinta retorcida, aletas internas longitudinales, recubrimiento de superficie poroso, características de superficie maquinada, o cualquier otro esquema de aumento de transferencia de calor de flujo interno podrían ser utilizados en los tubos del panel tubular central. Tales mejoramientos no se utilizan en el panel tubular de ala debido a que ya es expuesto dos veces a la luz solar concentrada y puede absorber el flujo de calor incrementado debido a los esfuerzos térmicos reducidos (debido a la exposición sobre ambas caras) . El receptor solar resultante puede obtener eficiencia significativamente más alta encapsular la energía solar disponible, permitiendo que el tamaño del receptor solar total sea disminuido mientras que todavía se captura la misma cantidad total de energía solar, o se permite un receptor de tamaño equivalente para capturar más energía solar.

La presente descripción se ha descrito con referencia a modalidades ejemplares. Obviamente, se presentarán modificaciones y alteraciones a otros en la lectura y entendimiento de la descripción detallada precedente. Se propone que la presente descripción sea considerada como que incluye todas de tales modificaciones y alteraciones hasta donde vienen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas o los equivalentes de las mismas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un receptor solar, caracterizado porque comprende : un ensamblaje de receptor central que comprende una estructura de soporte interna y por lo menos un panel tubular central externo, la estructura de soporte interna que define un volumen interior, el por lo menos un panel tubular central externo que comprende una pluralidad de tubos verticales para transportar un fluido de transferencia de calor, en donde los tubos se interconectan por al menos un cabezal superior y al menos un cabezal inferior, y que están arreglados en una cara exterior de la estructura de soporte interna con el por lo menos un panel tubular central externo que tiene una primera cara expuesta y una segunda cara no expuesta; y por lo menos un ensamblaje de ala que se extiende desde el ensamblaje de receptor central, cada ensamblaje de ala que tiene un panel tubular de ala que comprende una pluralidad de tubos verticales para transportar un fluido de transferencia de calor, en donde los tubos se interconectan por al menos un cabezal superior y al menos un cabezal inferior, y cada panel tubular de ala que tiene una primera cara expuesta y una segunda cara expuesta, opuesta a la primera cara.

2. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ensamblaje de ala además comprende una estructura de soporte estructural, la estructura de soporte estructural que incluye: una primera columna vertical; una viga horizontal superior que se extiende desde un extremo superior de la primera columna vertical a una conexión superior sobre la estructura de soporte interna; y una viga horizontal inferior que se extiende desde un extremo inferior de la primera columna vertical a una conexión inferior sobre la estructura de soporte interna.

3. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende una primera estructura de refuerzo que corre desde el primer borde lateral al segundo borde lateral a través de la primera cara expuesta y la segunda cara expuesta del panel tubular de ala a una primera elevación de soporte.

4. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque cada estructura de refuerzo se forma de un primer ensamblaje de soporte sobre la primera cara del panel tubular de ala y un segundo ensamblaje de soporte sobre la segunda cara del panel tubular de ala, cada ensamblaje de soporte que incluye: un tubo de soporte; una pestaña horizontal que se extiende desde el tubo de soporte y que tiene una ranura en la misma; y una barra festoneada que acopla el panel tubular y que tiene por lo menos una orejeta, la barra festoneada que acopla la pestaña horizontal por un perno que pasa a través de al por lo menos una orejeta y la ranura de la pestaña horizontal .

5. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tubo de soporte de cada ensamblaje de soporte tiene un diámetro más grande que cualquier tubo en el panel tubular de ala.

6. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el primer ensamblaje de soporte de la primera estructura de refuerzo se conecta fluidamente a un cabezal de entrada del panel tubular de ala o se conecta fluidamente al por lo menos un panel tubular central externo.

7. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque además comprende una segunda estructura de refuerzo que corre desde el primer borde lateral al segundo borde lateral a través de la primera cara y la segunda cara del panel tubular de ala en una segunda elevación de soporte.

8. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la primera elevación de soporte y la segunda elevación de soporte no se ubican en una sección media de panel tubular de ala.

9. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ensamblaje de receptor central además comprende un escudo de calor superior ubicado arriba de el por lo menos un panel tubular central externo y un escudo de calor inferior ubicado abajo del panel tubular central; y en donde el ensamblaje de ala además comprende un escudo de calor que tiene una cara superior ubicada arriba del panel tubular de ala, una cara inferior ubicada abajo del panel tubular de ala, y una cara lateral ubicada distante del ensamblaje de receptor central.

10. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque un espacio abierto está presente entre la cara lateral del escudo de calor de ensamblaje de ala y un borde lateral del panel tubular de ala.

11. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende un escudo de calor horizontal ubicado arriba del por lo menos un panel tubular central externo.

12. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera cara y la segunda cara del panel tubular de ala se pintan para incrementar la absorción de calor.

13. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el por lo menos un panel tubular central externo comprende tubos de pared que tienen rebordes internos helicoidales.

14. El receptor solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de soporte interna tiene una sección transversal rectangular, el ensamblaje de receptor central tiene cuatro paneles tubulares centrales externos, y un total de cuatro ensamblajes de ala que se extienden desde las esquinas del ensamblaje de receptor central.

15. Un sistema de energía solar, caracterizado porque comprende : un receptor solar de conformidad con la reivindicación 1; y un campo de helióstatos configurados para dirigir la luz solar hacia la primera cara del panel tubular central, la primera cara del panel tubular de ala, y la segunda cara del panel tubular de ala.