WO2008043867A1 - Turbina solar a reacción - Google Patents

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Definitions

  • the cited main patent which consists of the base whose essence develops and substantially improves the present addition.
  • the present invention aims at improvements in said turbine, set forth in the following paragraphs.
  • the present addition consists of an identical installation for obtaining mechanical energy from solar thermal energy by means of the combination of a conventional solar thermal installation connected to heat exchangers housed inside a ferrule. vertical of decreasing section with the height and thermally isolated from the outside and in which a flow will be generated
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) rising air responsible for the movement of a turbine located at the upper end of the ferrule.
  • the proposed exchangers will heat by means of the circulation of the heat-carrying fluid in countercurrent to the air flow that is introduced by the lower part of the ferrule favored, alternatively, by an axial compressor.
  • thermal solar panels optimally arranged according to the desired power and provided with an accumulator and a mixer will be used in order to keep the fluid circulating through the exchangers at a constant temperature that also allows , a constant movement in the turbine.
  • the movement of the turbine will generate the movement of the compressor, when it is available, and in any case it will produce a mechanical and even electrical energy if it is thus required available for any application.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Primary can be complemented with a conventional boiler, which guarantees the operation of the set in optimal conditions.
  • the present addition incorporates to the main patent, the improvement consisting in that for a better use of the wind in the area where the installation is carried out, it can be installed in the area of the nozzle that gives input to the current of outside air to the ferrule, an adjustable and retractable curtain, which, through sensors, is automatically oriented maximizing the flow of air entering the system by taking advantage of natural currents.
  • the ferrule reduces its diameter to accelerate the flow.
  • a tube (5) goes from the base of the ferrule, located at the height of the ring (4), to the upper part thereof in which the ferrule takes the form of a cone trunk (6) of increasing diameter so that together with the general motor envelope (2) will generate an additional acceleration in the air flow that travels towards the
  • the entire assembly of the ferrule and turbine is supported by a lower ring (4) with its corresponding lifting supports on the ground surface.
  • the outer surface of the ferrule (2) has a thermal insulation that will reduce heat losses in the whole.
  • the shaft (17) is also observed, which joins the entire engine assembly and transmits the movement and the force generated in the turbine to the axial compressor (3) and to the coupling plate to the user (18) .
  • exchangers may be both linear flow and cross flow, or others.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) As an exemplary embodiment, they have been arranged in a linear flow in countercurrent and the hot collector (19), the coils (20) with or without dissipating fins and the cold collector (21) or liquid outlet are indicated therein.
  • Figure 6 corresponds to a generic operation scheme.

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Abstract

Instalación para la obtención de energía mecánica a partir de energía solar térmica mediante la combinación de una instalacion solar térmica convencional conectada a unos intercambiadores de calor alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con la altura y aislada térmicamente del exterior y en la que se va a generar un flujo ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina ubicada en el extremo superior de la virola. Para un mejor aprovechamiento del viento en la zona donde se lleva a cabo la instalación, una cortina orientable y escamotable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las corrientes naturales.

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina solar a reacción.
ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TÉCNICA
La patente principal citada, Ia cual consiste en Ia base cuya esencia desarrolla y mejora sustancialmente Ia presente adición.
La presente invención tiene por objeto las mejoras en dicha turbina, expuestas en los párrafos siguientes.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
A modo de explicación de Ia invención, Ia presente adición consiste en una idéntica instalación para Ia obtención de energía mecánica a partir de energía solar térmica mediante Ia combinación de una instalación solar térmica convencional conectada a unos intercambiadores de calor alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con Ia altura y aislada térmicamente del exterior y en Ia que se va a generar un flujo
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina ubicada en el extremo superior de Ia virola.
Así, los intercambiadores propuestos calentarán mediante Ia circulación del fluido portador del calor en contracorriente al flujo de aire que se introduce por Ia parte inferior de Ia virola favorecido, alternativamente, por un compresor axial.
Obviamente, para alimentar los intercambiadores de calor se utilizarán placas solares térmicas dispuestas de forma óptima en función de Ia potencia deseada y provista de un acumulador y un mezclador al objeto de mantener el fluido que circula por los intercambiadores a una temperatura constante que permita, también, un movimiento constante en Ia turbina.
En Ia instalación descrita el movimiento de Ia turbina generará el movimiento del compresor, cuando se disponga del mismo, y en cualquier caso producirá una energía mecánica e incluso eléctrica si así se requiriera disponible para cualquier aplicación.
Por último, alternativamente, para suplir situaciones en las que Ia energía solar térmica o Ia retenida en el acumulador no fuera suficiente para mantener Ia temperatura deseada en el circuito
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) primario se puede complementar el mismo con una caldera convencional, que garantice el funcionamiento del conjunto en condiciones óptimas.
Así mismo, Ia presente adición incorpora a Ia patente principal, Ia mejora consistente en que para un mejor aprovechamiento del viento en Ia zona donde se lleva a cabo Ia instalación, se puede instalar en Ia zona de Ia tobera que da entrada a Ia corriente de aire exterior a Ia virola, una cortina orientable y escamoteable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las corrientes naturales.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con objeto de presentar una realización de Ia invención "Turbina solar a reacción", se muestran a continuación unas figuras en las que se representa de un modo esquemático Ia realización de Ia invención descrita.
> Figura (1): Vista en perspectiva principal de Ia virola o estructura extema de Ia turbina.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) > Figura (2): Vista en perspectiva principal de Ia estructura central de soporte.
> Figura (3): Vista en perspectiva principal del rotor alojado en el interior de Ia virola > Figura (4): Esquema principal del intercambiador de calor y del anillo de aspersión.
> Figura (5): Vista en perspectiva principal de Ia sección de Ia turbina completa.
> Figura (6): Esquema de funcionamiento del conjunto.
En dichas figuras, los elementos numerados se relacionan a continuación:
(1): Tobera de admisión.
(2): Carcasa o envolvente del motor de Ia turbina. (3): Compresor axial del rotor.
(4): Anillo inferior de soporte.
(5): Columna de soporte y de alojamiento del eje rotor.
(6): Tronco de cono desviador del flujo.
(7): Desviadores laminares, con funciones de centraje de Ia columna de soporte.
(8): Anillo de fricción inferior.
(9): Anillo de fricción y antivibración superior.
(10): Placa de cierre superior central.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) (11): Paletas de sección cilindrica.
(12): Superficie envolvente exterior de Ia turbina.
(13): Superficie envolvente interior de Ia turbina.
(14): Sujeción del eje. (15): Anillo de fricción exterior.
(16): Anillos de fricción interiores.
(17): Eje principal.
(18): Placa de ensamblaje al eje para el utilizador.
(19): Colector caliente del intercambiador. (20): Serpentines del intercambiador.
(21): Colector frío del intercambiador.
(22): Motor completo.
(23): Placas solares térmicas.
(24): Bomba de circulación. (25): Acumulador de retomo frío.
(26): Acumulador de sobrantes calientes.
(27): Caldera de arranque y emergencia.
(28): Aislamiento térmico de Ia virola.
(29): Deflector del flujo de entrada. (30): Patas de soporte de Ia virola.
(31): Placa de acoplamiento del utilizador.
(32): Anillos micronizadores de agua.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) EJEMPLO DE REALIZACIÓN PREFERENTE
El funcionamiento de Ia instalación en su conjunto quedó claramente descrito en el documento de Ia patente principal, mientras que Ia vista de Ia figura 1, que ahora se aporta, puede observarse a modo de ejemplo de realización preferente de Ia
"Turbina Solar a Reacción" que esta se lleva a cabo a partir de una virola compuesta de una tobera de admisión (1) ubicada en el extremo inferior del conjunto limitada por un desviador de flujo y Ia carcasa o envolvente general de Ia turbina (2).
Después de comprimir mediante un compresor axial (3) alojado en el extremo inferior del rotor tal como se muestra en Ia figura 2, se conduce hacia arriba atravesando los intercambiadores de calor y el anillo de aspersión Figura (3).
La virola va reduciendo su diámetro para acelerar el flujo.
Un tubo (5) va desde Ia base de Ia virola, situada a Ia altura del anillo (4), hasta Ia parte superior de Ia misma en Ia que Ia virola toma forma de tronco de cono (6) de diámetro creciente de forma que junto con Ia envolvente general del motor (2) generará una aceleración adicional en el flujo de aire que se desplaza hacia el
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) extremo superior del conjunto donde se ubica una turbina a reacción (10) tal como se muestra en Ia figura 2, de Ia que se obtiene el par motor.
Todo el conjunto de Ia virola y turbina está soportado por un anillo inferior (4) con sus correspondientes soportes de elevación sobre Ia superficie del suelo.
Evidentemente, es necesario garantizar Ia solidez del conjunto, tubo (5), cono (6) y parte inferior de Ia carcasa general (2) a través de unos desviadores laminares (7). Mientras que entre el extremo superior del tubo (5) y Ia superficie interior del tronco de cono (6) se ubica un anillo de fricción (8), que puede ir provisto de los respectivos cojinetes.
Por último, el extremo superior y exterior del cuerpo general de Ia virola termina en un anillo (9) que va a evitar los cabeceos del rotor.
La superficie extema de Ia virola (2) dispone de un aislamiento térmico que reducirá las perdidas de calor en el conjunto.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) En Ia figura 2 puede observarse Ia turbina a reacción (10), formada por las paletas (11), Ia superficie envolvente exterior (12), Ia superficie envolvente interior (13) y superior (14) y soportada por los anillos de fricción exterior (15) e interior (16).
En Ia citada figura 2 se observa, así mismo, el eje (17), que une todo el conjunto motor y transmite el movimiento y Ia fuerza generada en Ia turbina al compresor axial (3) y a Ia placa de acoplamiento al utilizador (18).
Para Ia obtención de Ia energía se disponen placas solares térmicas externas, que trasmiten el calor a un fluido que se hace pasar por los ¡ntercambiadores situados en el interior de Ia virola, y por encima del compresor axial (3) en el caso de que Ia instalación disponga de dicho compresor tal como se muestra en Ia figura 3.
También calentarán el agua comprimida que se utilice para el micronizador, cuando éste exista.
Estos intercambiadores podrán ser tanto de flujo lineal como de flujo cruzado, u otros.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) A modo de ejemplo de realización se han dispuesto en flujo lineal en contracorriente y en el mismo se indica el colector caliente (19), los serpentines (20) con o sin aletas disipadoras y el colector frío (21) o de salida del líquido.
Para una mejor comprensión de Ia invención en Ia figura 5 se muestra de forma conjunta Ia instalación de Ia virola, Ia turbina, el rotor y los intercambiadores.
La figura 6, corresponde a un esquema de funcionamiento genérico.
En Ia misma se observa una sección trasversal del motor completo (22), una instalación de placas solares térmicas (23), Ia bomba de circulación (24), el acumulador de retorno frío (25), el acumulador de sobrantes calientes (26), Ia caldera de arranque y emergencia (27), a utilizar si se quiere acelerar el arranque o funcionar cuando ambos acumuladores (25 y 26) no den Ia temperatura necesaria mediante el líquido caliente acumulado y/o cuando no sean suficientes las placas solares (23) y, por último, el conjunto de válvulas de regulación, válvulas anti-retomo, sensores térmicos, electro válvulas, etc., que permitirían un funcionamiento genérico.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en Ia materia comprenda el alcance de Ia invención y las ventajas que de Ia misma se derivan.
Los materiales empleados, formas, tamaños, número y disposición de los elementos que se describen serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en Ia esencialidad del invento.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Turbina solar a reacción caracterizada por Ia sustitución en el motor (22) a reacción de Ia cámara de combustión por energía solar térmica, Ia cual se llevar a cabo mediante Ia combinación de una instalación de placas solares térmicas convencionales conectada a unos intercambiadores de calor alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con Ia altura y aislada térmicamente del exterior y en Ia que se va a generar un flujo ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina a reacción ubicada en el extremo superior de Ia virola.
2.- Turbina solar a reacción caracterizada según reivindicación 1, caracterizada por Ia utilización de dos troncos de cono concéntricos situados en el extremo superior del conjunto de conducción del flujo, de sección creciente y espejo decreciente, mediante los cuales a más de seguir acelerando el flujo, se Io separa del eje del motor a fin de utilizar esta distancia para obtener en este un mejor par.
3.- Turbina solar a reacción caracterizada según reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque Ia estructura de Ia turbina a reacción del motor, Figura (3) forma un solo sólido, constituido por envolventes
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) y paletas con uniones rígidas entre toctos ellos, siendo solo móvil el conjunto, que forma en su interior de sección creciente y espejo decreciente canales aceleradores del fluido.
A - Turbina solar a reacción caracterizada según reivindicaciones
1 , 2 y 3 caracterizada por Ia introducción de agua micronizada a alta temperatura y presión, Figura 4 (detalle 32), por encima de los intercambiadores de calor para obtener un ulterior aumento de Ia densidad, presión y velocidad del flujo que llegue al motor y en consecuencia mejorar su rendimiento.
5.- Turbina solar a reacción caracterizada según reivindicaciones 1 , 2, 3 y 4 caracterizada porque puede, alternativamente, para suplir situaciones en las que Ia energía solar térmica o Ia retenida en el acumulador no fuera suficiente para mantener Ia temperatura deseada en el circuito primario complementar el mismo con una caldera convencional, o unos quemadores de gas, que podría ser el metano producido por los residuos orgánicos de los vertederos, que garanticen el funcionamiento del conjunto en condiciones extremas.
6.- Turbina solar a reacción según reivindicaciones 1 , 2, 3, 4 y 5 caracterizada porque, alternativamente, para un mejor
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) aprovechamiento del viento en el lugar donde se lleva a cabo Ia instalación, acepta en Ia zona de Ia tobera opuesta a Ia dirección del viento local, y siempre que Ia intensidad de este Io aconseje, Ia instalación de una cortina compacta oríentable y escamoteable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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