WO2014064315A1 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero - Google Patents

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WO2014064315A1
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drainage
unit
housing
hose
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José María MARTÍNEZ-VAL PEÑALOSA
Rubén ABBAS CÁMARA
Alberto ABÁNADES VELASCO
Rafael R. Amengual Matas
Alberto RAMOS MILLÁN
Javier MUÑOZ ANTÓN
Manuel VALDÉS DEL FRESNO
Mireia PIERA CARRETÉ
Mª José MONTES PITA
Antonio J. Rovira De Antonio
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Universidad Nacional de Educacion a Distancia UNED
Universidad Politecnica de Madrid
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Universidad Nacional de Educacion a Distancia UNED
Universidad Politecnica de Madrid
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Definitions

  • the invention falls within the field of solar power plants that require concentration of the original radiation, which in this case is reflected by a series of longitudinal mirrors whose longest axes are horizontal or slightly inclined, and orientable in a transverse direction by turning around its axis of longitudinal symmetry; focusing the radiation reflected on an equally longitudinal receiver, with its long horizontal axis or slightly inclined, and parallel to the axes of the mirrors.
  • Said device is usually referred to as Fresnel reflection, but the novelty does not refer to its optics, but to the longitudinal conduits through which the heating fluid circulates, which must be drained when appropriate, for example to prevent its solidification in the receiver tubes when there is no solar radiation and the environment is cold with respect to the freezing point of said fluid.
  • the invention has two immediate antecedents, of the same applicants, which are the patent ES 2345427B2 as regards the field of mirrors and the Fresnel structure, and the patent ES 2345759B2 as regards the receiver, particularly its figure 8, which a
  • the patent of the same first applicant, ES 2321576B2 which deals with a compensated expansion and pressure manifold, is such an immediate antecedent, such collector being, with an important innovation, the one used as a receiver module in this new invention.
  • Heat fluids such as water, thermal oils and molten salts are used to reach high temperatures, but in the absence of the sun they logically cool, even freezing, with the subsequent negative effect; that in the water the pipes can burst, and in the molten salts to cause a solid plug of such considerable dimensions, that the tubes have to be replaced, since their heating until the salts melt, would lead to a strong deterioration in the tubes.
  • the solution to this problem consists in emptying the ducts exposed to the cold weather, transferring the fluid to suitably insulated tanks, from which it can again be introduced into the radiation absorbing tubes. These actions must be compatible with the geometry and arrangement of said tubes to carry out their work as heat fluids.
  • the invention consists in assembling the absorber tubes of the solar radiation concentration device with a certain inclination on the horizontal plane of the place, which obliges the axes of the mirrors that constitute the concentration units of the radiation to be mounted with the same inclination.
  • radiation calling master lines of inclination to which it is parallel, at the point of interest, to said axes, and master planes of inclination or assembly to the formed, at the point of interest, by the master line and the horizontal line normal to it , configuring the structure of the tube tabs as a set of modules characterized because:
  • the tubes are contained in longitudinally-shaped housings, which follow the inclination master plane, said housings hanging, and hence the tubes, of a longitudinal beam or truss with the same inclination as said device master line; - each row of consecutive housings forming a unit of the solar device, there are usually several of these units in a solar power plant, and each unit is equipped with its own drainage equipment, consisting of the set of pipes, sensors, valves, tanks and pumps, and also each unit equipped with a gas supply equipment, preferably inert, for filling the pipes that are emptied when the heating fluid is drained;
  • each housing can contain one or more bundles of tubes, suspended from the back cover of the housing, in turn suspended from the truss of the unit, each bundle of tubes topped at each end by a manifold, provided with a connection conduit with the outside, said conduit passing through the corresponding head of the housing, being fixed to said head by welding or other joining mechanism, which includes a hermetic seal between the head and the tube conduit;
  • each tube bundle having an interruption as such a beam, in half of its length inside the housing, both longitudinal halves of the beam being connected by an expansion hose, which runs from a side end of the manifold where the half ends upstream of the tube bundle, to the side end of the other side of the manifold that has half the beam connecting downstream of the hose;
  • said lower part of the unit being connected to the vertical drain pipe, at whose head there is a valve, closed in operating conditions of the plant, and open when the set of absorber tubes is emptied or filled with the fluid heater.
  • the drainage device consists of said vertical drainage pipe, its upper opening-closing valve, the thermally insulated tank in which the fluid is stored to prevent freezing, and which can be equipped with an auxiliary heating device, and the filling pump, which takes the fluid from the tank to transfer it to the unit's tube bundles.
  • the invention consists of a gas injection system in the tubes when they are emptied, which acts from the top, with the compressed gas tank located above the truss or beam from which the housing assembly hangs. , or above an adjoining unit upstream; and existing, in the upper part of each unit, a relief valve for gas extraction, which is sucked by a compressor that houses the gas in said tank or upper tank, from which it can be directly injected into the tubes, to the same time they drain.
  • the units or alignments of housings with their tubes can be located one after the other, with the connections considered for the heating fluid, always being the master lines of these units parallel to each other.
  • the location of the gas injection and extraction device can be located on the truss or master beam of an adjoining unit upstream.
  • Figure 1 shows a side diagram of the assembly of a unit.
  • Figure 2 shows the side diagram in greater detail of the components of the drainage system and the gas injection system.
  • Figure 3 shows a cross-sectional elevation of a receiver support pillar and the drainage circuit.
  • Figure 4 shows the diagram of a module of the collector of the invention, in top view, with the beams inside the housing.
  • Figure 5 shows the straight section of a collector module of the invention, in longitudinal section.
  • Drain pipe (of the unit shown in figure 2).
  • Insulation of the deposit which can be underground.
  • Tank 26 drain valve to fill the pipes when draining.
  • Plenum or central beam input manifold in the hose Plenum or central beam input manifold in the hose.
  • Plenum or right-hand beam input manifold in the hose Plenum or right-hand beam input manifold in the hose.
  • Plenum or sinister beam input manifold in the hose Plenum or sinister beam input manifold in the hose.
  • Plenum or outlet manifold from the central beam hose Plenum or outlet manifold from the central beam hose.
  • Plenum or outlet manifold from the right hand beam hose Plenum or outlet manifold from the right hand beam hose.
  • Plenum or collector output from the hose of the beam to sinister Plenum or collector output from the hose of the beam to sinister.
  • Insulating wall of the housing Insulating wall of the housing.
  • the preferred assembly of the invention starts from establishing the master line of the device, which will typically be a North-South line with a selected inclination. That slope will depend primarily on the viscosity and surface tension of the fluid under conditions that are expected to be the worst for drainage, but will typically be a few degrees. For water a slope that is more than enough is 1% (and even half of that), and for molten salts 2%, which would also be valid for hot oil. In the cold oil your Prandtl number increases a lot, so a little more slope would be necessary.
  • the receiver assembly is sized, in particular its staff or porches, as well as its beam or master truss.
  • the width of the receiver and the number of tubes per beam, plus the number of beams, must come from the optical project, along with the length of the receiver unit being considered. From this data the volume of fluid to be drained will be extracted, and therefore the storage size of that unit.
  • the fluid that is in the power block or returning from it, will be drained by conventional methods to the respective tanks.
  • the pressure of the compensation gas is moderate, because in the end the drainage action will be activated by gravity, and the function of the gas is to prevent the vacuum effect that would cause a drain without compensation, which apart from the mechanical suction effect, which does not it would allow an effective emptying, it could induce the formation of pores and air inlet, with dire consequences for the corrosion of the material of the tubes.
  • the gas would have to fill the fluid circuit with a pressure above atmospheric, to avoid air inlets, but there is no need to pressurize the system strongly.
  • a pressure of 2 bars seems a maximum very much in line with the engineering experience. This means that if it is stored in the tank at 20 bar, the volume of this will be the twentieth part of the volume to be filled, that is, 1, 13/20 ; therefore, about 60 liters.
  • the power of the compressor would also be moderate. If we admit a gas evacuation (N 2 in particular) with a flow rate of 1 liter per second, to inject it into the tank, at 20 bar, from the circuit at 1 bar (lower case of filling pressure) would have a power somewhat less than 200 W.
  • the gas extraction time would be about 15 minutes; necessary in turn to pump the fluid to fill the circuit. On average it would be equivalent to increasing the potential energy of 1, 130 kg of water in about 15 meters, in about 1000 seconds, which represents 170 W.
  • the tubes will expand by about 2.5 cm, which has to be absorbed in the hose.
  • the hose crosses 20 cm of the width of the beam from one side to the other, the faces of the beam being separated about 13 cm in this case; although this separation is reduced in the hot state by approximately 1.25 cm on each side. This makes it happen from a cold situation in which the angle of the hose arm is 60 ° at a more forced angle, 68 ° which in principle seems acceptable. If it were desired to lower the deformation, it could be achieved by increasing the longitudinal distance in cold between both halves, but logically that impairs the uptake of radiation.
  • the separation should not be less than twice the maximum expected expansion, or greater than the lowest value between the sixfold of that dilation, or twice the width of the beam.
  • a radiation-absorbing plate-fin (59) is placed, integral with it. beam interruption space.
  • the tube bundles are mounted from supplied tubes, welded to the collectors at each end, and the collectors are in turn welded to the corresponding ducts: in the case of the upstream semi-beams in the direction of drainage , the upper manifold receives the fluid inlet tube in that housing, and the lower one is connected to the hose; which at its other end is connected to the upper collector of the downstream semi-beam.
  • This semi-beam at its lower end, ends in the connecting conduit that exits that housing through its lower head (45), which is fixed by a welded flange (52); analogously to how the inlet pipe is going in the housing, going through the upper head of the housing itself (60) or the next downstream of the drain (46).

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Abstract

Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, consistente en un conjunto alineado e inclinado de carcasas herméticas con una ventana transparente para el paso de la radiación concentrada, existiendo al menos un haz de al menos un tubo absorbedor, y disponiéndose en la mitad longitudinal del haz dentro de la carcasa de un latiguillo de dilatación, que forma con los tubos un conducto de desagüe en el que no hay peldaños ni resaltes, y que acaba en una tubería vertical de vaciado, habitualmente cerrada por una válvula. La tubería descarga en un depósito aislado de almacenamiento del fluido, desde el cual se bombea cuando hay que rellenar la instalación. Para compensar las presiones durante el vaciado, se emplea un gas inerte inyectado a presión moderada.

Description

DISPOSITIVO DE CAPTACION DE LA RADIACION SOLAR CONCENTRADA, CON DRENAJE DEL FLUIDO CALORÍFERO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se encuadra en el campo de las centrales de energía solar que requieren concentración de la radiación originaria, que en este caso es reflejada por una serie de espejos longitudinales cuyos ejes más largos son horizontales o levemente inclinados, y orientables en sentido transversal por girar alrededor de su eje de simetría longitudinal; enfocándose la radiación reflejada sobre un receptor asimismo longitudinal, con su eje largo horizontal o levemente inclinado, y paralelo a los ejes de los espejos. Dicho dispositivo suele denominarse Fresnel de reflexión, pero la novedad no se refiere a su óptica, sino a las conducciones longitudinales por las que circula el fluido calorífero, que debe ser drenado cuando sea pertinente, por ejemplo para evitar su solidificación en los tubos del receptor cuando no hay radiación solar y el ambiente es frío respecto del punto de congelación de dicho fluido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La invención tiene dos antecedentes inmediatos, de los mismos solicitantes, que son la patente ES 2345427B2 por lo que respecta al campo de espejos y a la estructura Fresnel, y la patente ES 2345759B2 por lo que corresponde al receptor, particularmente su figura 8, que a su vez tiene como antecedente inmediato la patente, del mismo primer solicitante, ES 2321576B2, que trata de un colector de dilatación y presión compensadas, siendo tal colector, con una innovación importante, el que se usa como módulo de receptor en esta nueva invención.
Por lo que corresponde al drenaje del fluido, existe un importante número de patentes y solicitudes que tratan del drenaje de tuberías y depósitos, si bien los solicitantes no conocen ninguno que se refiera a los circuitos de un dispositivo de concentración solar tipo Fresnel, ni de otro tipo de colector de configuración distribuida. Existen varios dispositivos en el estado del arte para drenaje de agua, particularmente desde depósitos de combustible, pero ninguno presenta las características geométricas y funcionales de los montajes aquí considerados. Como ejemplos se pueden citar los documentos US2012193300A1 , que drena por gravedad y lógicamente tiene un depósito inferior de recogida del drenaje, similar al planteado con carácter auxiliar en esta solicitud; y el WO2012024013 A1 , con menos similitudes en la configuración macroscópica del circuito de tuberías.
También se pueden citar varias invenciones de la industria alimentaria, como son las GB 2471307, GB 2414284, dedicadas a la limpieza de circuitos dispensadores de cerveza, y la US 2006097008 dedicada al vaciado y limpieza de circuitos de fluidos químicos en general, sin que haya antecedentes directos en ellas de las soluciones novedosas aportadas en esta invención. Lo mismo cabe decir de las patentes GB 21421 12, del mismo tema que la anterior, y precedente de ella.
También se encuentran invenciones sobre drenajes dedicadas a la agricultura, como es la WO2012040252 (A2) y así mismo a sondeos geológicos y perforaciones del subsuelo, como la US2012043081A1. Ninguna de ellas contiene elementos como los aquí ideados para el drenaje de fluidos que pueden además tener temperaturas muy diferentes según las condiciones de funcionamiento (o no funcionamiento) de la planta solar.
PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER
Los fluidos caloríferos tales como el agua, los aceites térmicos y las sales fundidas se emplean para alcanzar altas temperaturas, pero en ausencia de sol lógicamente se enfrían, pudiendo incluso congelarse, con el subsiguiente efecto negativo; que en el agua puede llegar a reventar las tuberías, y en las sales fundidas a provocar un tapón sólido de tan considerables dimensiones, que haya que sustituir lo tubos, pues su calentamiento hasta fusión de las sales, comportaría un fuerte deterioro en los tubos.
La solución a ese problema consiste en vaciar los conductos expuestos al frío de la intemperie, trasvasando el fluido a depósitos adecuadamente aislados, desde los cuales pueda de nuevo introducirse en los tubos absorbedores de radiación. Estas acciones han de ser compatibles con la geometría y disposición de dichos tubos para efectuar su trabajo como fluidos caloríferos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en montar los tubos absorbedores del dispositivo de concentración de la radiación solar con cierta inclinación sobre el plano horizontal del lugar, lo cual obliga a que se monten con la misma inclinación los ejes de los espejos que constituyen las unidades de concentración de la radiación, llamando líneas maestras de inclinación a la que es paralela, en el punto de interés, a dichos ejes, y planos maestros de inclinación o del montaje al formado, en el punto de interés, por la línea maestra y la horizontal normal a ella, configurando la estructura de los tubos aborbedores como conjunto de módulos caracterizados porque:
los tubos están contenidos en carcasas de forma longitudinal, que siguen el plano maestro de inclinación, pendiendo dichas carcasas, y por ende los tubos, de una viga o cercha longitudinal con la misma inclinación que dicha línea maestra del dispositivo; - formando cada hilera de carcasas consecutivas una unidad del dispositivo solar, existiendo por lo general varias de esta unidades en una central solar, y estando dotada cada unidad de su propio equipo de drenaje, compuesto por el conjunto de conducciones, sensores, válvulas, depósitos y bombas, y además dotada cada unidad de un equipo de aportación de gas, preferiblemente inerte, de relleno de las conducciones que se vacían al drenar el fluido calorífero;
pudiendo contener cada carcasa uno o más haces de tubos, suspendidos desde la tapa posterior de la carcasa, a su vez suspendida de la cercha de la unidad, estando cada haz de tubos rematado en cada extremo por un colector, provisto de conducto de conexión con el exterior, atravesando dicho conducto el cabezal correspondiente de la carcasa, quedando solidario a dicho cabezal por soldadura u otro mecanismo de unión, que incluye una junta hermética entre el cabezal y el conducto del tubo;
y teniendo cada haz de tubos una interrupción como tal haz, en la mitad de su longitud dentro de la carcasa, estando conectadas ambas mitades longitudinales del haz por un latiguillo de dilatación, que va desde un extremo lateral del colector en el que acaba la mitad aguas arriba del haz de tubos, al extremo lateral del otro lado del colector que presenta de conexión la mitad del haz aguas debajo del latiguillo;
coincidiendo el plano virtual tangente a la superficie inferior del latiguillo con el plano virtual tangente a la superficie inferior de los colectores de los tubos así como de los propios tubos, tanto del semi-haz aguas arriba como del semi-haz aguas abajo, formando un único plano en el que virtualmente apoya toda la superficie inferior de tubos, colector, latiguillo, colector aguas abajo, tubos aguas abajo y conducto de conexión con la carcasa aguas abajo, sin peldaños ni resaltos en dicha superficie inferior desde la parte más alta de los tubos de la unidad, hasta la parte más baja de la unidad, y siendo dicho plano único, plano maestro del montaje;
- estando conectada dicha parte más baja de la unidad con la tubería vertical de drenaje, en cuya cabecera existe una válvula, cerrada en condiciones de funcionamiento de la central, y abierta cuando se procede a vaciar o a llenar el conjunto de tubos absorbedores con el fluido calorífero.
El dispositivo de drenaje consta de dicha tubería vertical de drenaje, su válvula superior de apertura-cierre, el depósito aislado térmicamente en el que se almacena el fluido para evitar su congelación, y que puede ir equipado con un dispositivo auxiliar de calentamiento, y la bomba de llenado, que toma el fluido desde el tanque para trasvasarlo a los haces de tubos de la unidad.
A su vez la invención consta de un sistema de inyección de gas en los tubos cuando éstos se vacían, que actúa desde la parte superior, estando el depósito de gas comprimido situado por encima de la cercha o viga de la cual pende el conjunto de carcasas, o encima de una unidad contigua aguas arriba; y existiendo, en la parte alta de cada unidad, una válvula de alivio para extracción del gas, que es succionado por un compresor que aloja el gas en el citado depósito o tanque superior, desde el cual puede ser directamente inyectado en los tubos, al mismo tiempo que éstos se drenan.
Las unidades o alineamientos de carcasas con sus tubos, pueden ubicarse una tras otra, con las conexiones que se consideren para el fluido calorífero, siendo siempre las líneas maestras de estas unidades paralelas entre sí. En estos casos, la ubicación del dispositivo de inyección y extracción de gas puede ubicarse sobre la cercha o viga maestra de una unidad contigua aguas arriba. DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Las figuras, en general, no están a escala, pues los tamaños relativos de los elementos son muy dispares; pues por ejemplo, la anchura del receptor y de los espejos será notoriamente inferior a su longitud, y también muy inferior a la altura a la que está soportado el receptor.
La figura 1 muestra un esquema lateral del montaje de una unidad.
La figura 2 muestra el esquema lateral con mayor detalle de los componentes del sistema de drenaje y del de inyección de gas.
La figura 3 muestra un corte transversal en alzado de un pilar de sujeción del receptor y el circuito de drenaje.
La figura 4 muestra el esquema de un módulo del colector de la invención, en vista superior, con los haces en el interior de la carcasa.
La figura 5 muestra la sección recta de un módulo de colector de la invención, en corte longitudinal.
MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Para facilitar la comprensión de las figuras de la invención, y de sus modos de realización, a continuación se relacionan los elementos relevantes de la misma:
1. Receptor de la radiación solar, compuesto de haces de tubos.
2. Carcasa.
3. Viga o cercha maestra,
4. Báculos o pilares altos que mantienen en su altura y posición al receptor (1) de radiación y todos sus elementos asociados.
5. Espejo genérico longitudinal que refleja la radiación solar original sobre el receptor (1). Existe una pluralidad de espejos paralelos en el conjunto de ellos, que reflejan la radiación sobre un mismo receptor (1).
6. Pilares bajos que mantienen en su altura y posición a los ejes de los espejos, genéricamente representados por (7).
7. Eje de giro de un espejo longitudinal.
8. Motor y embrague de giro de un espejo ().
9. Terreno. 10. Fluido calorífero que va por el interior de los tubos.
1 1. Ventana de vidrio de la carcasa.
12. Tubería de vaciado (de la unidad representada en la figura 2).
13. Válvula de la tubería 12.
14. Lira de expansión y desconexión, para extracción de la parte baja de la tubería.
15. Tapón del depósito 16.
16. Depósito de almacenamiento del fluido drenado.
17. Aislamiento del depósito, que puede ser subterráneo.
18. Bomba de rellenado.
19. Tubería de vaciado de la unidad siguiente a la representada en la figura 2.
20. Válvula de la tubería 19.
21. Conexión de la unidad representada en la figura 2 con su sistema de gas, análogo al representado en la figura, que sirve a la unidad anterior.
22. Válvula de la conexión 21 ,
23. Conexión de la unidad anterior a la representada en la figura 2 con su sistema de gas (que comprende elementos desde el 24 al 28).
24. Válvula de la conexión 23.
25. Bomba o compresor de extracción del gas, e inyección en el depósito a presión 26.
26. Depósito o tanque de gas a alta presión.
27. Válvula de vaciado del tanque 26 para rellenar las tuberías al hacer el drenaje.
28. Sujeción del sistema de gas sobre la cercha maestra.
29. Sujeción colgante de las carcasas de la unidad.
30. Haz de tubos central
31. Haz de tubos lateral a diestra, según sentido del drenaje.
32. Haz de tubos lateral a siniestra, según sentido del drenaje. Latiguillo de dilatación del haz central 30. Aunque se emplee la denominación común de latiguillo por las curvas que hace, puede ser de diámetro similar al de los tubos del haz.
Latiguillo de dilatación del haz lateral 31.
Latiguillo de dilatación del haz lateral 32.
Cuñas de rincón para evitar remanso de las sales al vaciar,
Juntas de separación con la parte retranqueada de la carcasa.
Juntas de separación con la parte no retranqueada de la carcasa.
Plenum o colector de entrada del haz central en el latiguillo.
Plenum o colector de entrada del haz a diestra en el latiguillo.
Plenum o colector de entrada del haz a siniestra en el latiguillo.
Plenum o colector de salida desde el latiguillo del haz central.
Plenum o colector de salida desde el latiguillo del haz a diestra.
Plenum o colector de salida desde el latiguillo del haz a siniestra.
Cabezal de salida del drenaje.
Cabezal de entrada en la siguiente carcasa del flujo del drenaje.
Conexión del haz central con el de la siguiente carcasa aguas abajo en el drenaje.
Conexión del haz a diestra con el de la siguiente carcasa aguas abajo en el drenaje.
Conexión del haz a siniestra con el de la siguiente carcasa aguas abajo en el drenaje.
Pared aislante de la carcasa.
Cara interna del retranqueo en la pared 50, para dar holgura a un pequeño movimiento lateral de los tubos al dilatarse.
Bridas soldadas conducto-cabezal.
Barra transversal de sujeción de los tubos.
Orejetas para la sujeción colgante de las carcasas.
Tirantillos verticales de sujeción de la barra 53. 56. Sujeción vidrio-carcasa.
57. Vista lateral del latiguillo de dilatación.
58. Separador aislante entre haces.
59. Placa-aleta sobre el latiguillo, solidaria con él.
60. Cabezal superior de la carcasa.
El montaje preferente de la invención parte de establecer la línea maestra del dispositivo, que típicamente será una línea Norte-Sur con una inclinación seleccionada. Esa pendiente dependerá sobre todo de la viscosidad y la tensión superficial del fluido en las condiciones que se prevean como las peores para el drenaje, pero típicamente será de unos pocos grados. Para el agua una pendiente más que suficiente es 1 % (e incluso la mitad de eso), y para las sales fundidas un 2%, que también valdría para el aceite caliente. En el aceite frío aumenta mucho su número de Prandtl, por lo que sería necesario un poco más de pendiente.
Definida ésta, se dimensiona el conjunto del receptor, en particular sus báculos o pórticos, así como su viga o cercha maestra. Del proyecto óptico ha de llegar la anchura del receptor y el número de tubos por haz, más el número de haces, junto a la longitud de la unidad de receptor que se esté considerando. De estos datos se extraerá el volumen de fluido a drenar, y por ende el tamaño del almacenamiento de esa unidad. El fluido que se encuentre en el bloque de potencia o volviendo de él, se drenará por métodos convencionales hacia los respectivos depósitos.
La presión del gas de compensación es moderada, pues en definitiva la acción de drenaje estará activada por la gravedad, y la función del gas es impedir el efecto de vacío que provocaría un drenaje sin compensación, que aparte del efecto mecánico de succión, que no permitiría un vaciado efectivo, podría inducir la formación de poros y entrada de aire, con consecuencias funestas para la corrosión del material de los tubos.
Supóngase que se trata de agua, que hierve a 240°C y 38 bar en el haz principal, mientras que en los periféricos se va calentando desde 40°C a 240°C. Se seleccionan tubos de acero, en tres haces, el central de 20 cm compuesto por 4 tubos de 5 cm de diámetro exterior, y cada haz periférico de 15 cm, con 5 tubos de 3 cm. Usando como referencia de diseño una tensión de aro de 380 bares, el espesor requerido es la décima parte del radio. Ello permite computar el volumen de agua en los 100 metros que asignamos a cada haz de una unidad, siendo en total 0,63 m3 en el central y 0,5 entre los dos periféricos. Ello hace necesario un volumen del depósito, sin contar otros inventarios auxiliares de agua, de 1 , 13 m3, y quedaría almacenada a presión atmosférica.
El gas habría de rellenar el circuito de fluido con una presión por encima de la atmosférica, para evitar entradas de aire, pero no hay por qué presurizar fuertemente el sistema. Una presión de 2 bares parece un máximo muy acorde con la experiencia de ingeniería, Ello significa que si se almacena en el tanque a 20 bar, el volumen de éste será la vigésima parte del volumen a rellenar, es decir, 1 , 13 /20; por tanto, unos 60 litros. La potencia del compresor sería así mismo moderada. Si admitimos una evacuación de gas (N2 en concreto) con un caudal de 1 litro por segundo, para inyectarlo en el tanque, a 20 bar, desde el circuito a 1 bar (caso más bajo de presión de llenado) se tendría una potencia algo inferior a 200 W. El tiempo de extracción del gas sería de unos 15 minutos; necesarios a su vez para bombear el fluido hasta rellenar el circuito. En media equivaldría a aumentar la energía potencial de 1 ,130 kg de agua en unos 15 metros, en unos 1000 segundos, lo cual representa 170 W.
Todo ello se estima muy conmensurable con el problema a resolver; aunque es importante también analizar la problemática de la dilatación. Si se considera una temperatura mínima de -10°C (sin sol, obviamente) y la máxima a la que va a estar el haz central es 240 °C, el salto a asimilar por el latiguillo de dilatación es de 250 °C; lo cual se ha de aplicar a un acero común, cuyo coeficiente de dilatación lineal esta en el orden de o ligeramente por encima de 10"5 °C"1 , lo que significa que una longitud L en la mínima temperatura se transformará 1 ,0025 L, a la máxima temperatura. Hay que tener en cuenta que la idea es que toda la dilatación la absorban prácticamente los tubos, aún cuando las carcasas también se calienten, si bien mucho menos. Si se toma la longitud L de una carcasa en 10 m, los tubos se dilatarán unos 2,5 cm, lo cual se ha de absorber en el latiguillo. Nótese en las figuras que el latiguillo cruza lo 20 cm de la anchura del haz de un lado a otro, estando separadas las caras del haz unos 13 cm en esta caso; aunque esta separación se reduce en el estado en caliente en 1 ,25 cm aproximadamente por cada lado. Esto hace que pase de una situación en frío en la cual el ángulo del brazo del latiguillo es de 60° a un ángulo más forzado, de 68° que en principio parece aceptable. Si se deseara bajar la deformación, se podría conseguir aumentando la distancia longitudinal en frío entre ambas mitades, pero lógicamente eso perjudica la captación de radiación. Como separación orientativa entre dos semi-haces, teniendo en cuenta el equilibrio entre no inducir excesiva deformación en el latiguillo, y no perder demasiada radiación captada, la separación no debe ser menor que el doble de la máxima dilatación prevista, ni mayor que el menor valor de entre el séxtuplo de esa dilatación, o el doble de la anchura del haz.
En todo caso, y opcionalmente para disminuir la pérdida de radiación captada, en la cara del latiguillo en la que incide la radiación incidente, se coloca, solidaria a él, una placa-aleta (59) de absorción de la radiación, que cubre el espacio de interrupción de los haces.
Y por lo que corresponde a la carcasa en sí, su sección recta en sentido horizontal transversal, tal como se muestra en la figura 4, se retranquea en su cara interior (51), separándose más de los tubos, en las partes correspondientes a la zona de expansión transversal del latiguillo, de tal forma que dicho retranqueo deje entre la pared interior de la carcasa y la arista (61) más cercana del haz más cercano de tubos, un espacio comprendido entre la dilatación máxima esperable en los tubos del semi-haz más caliente, y este valor multiplicado por el número de haces más uno. Esta medida se adopta porque la dilatación de los haces parcialmente se absorberá con la propia dilatación del latiguillo, no sólo con su deformación angular. Ello comporta que el latiguillo crezca en sentido transversal, lo cual produce un pequeño desplazamiento lateral de cada semi-haz, en el sentido dado por el crecimiento del latiguillo; lo cual se tiene que pode acomodar en la carcasa. Obviamente ese desplazamiento lateral provoca cierto giro en la unión tubo-brida-cabezal de cada extremo, pues el giro es del orden de la milésima de radián, dado que el desplazamiento lateral será de milímetros, y la longitud del haz será de metros.
Los haces de tubos se montan a partir de tubos suministrados, se sueldan a los colectores por cada extremo, y los colectores van a su vez soldados a los conductos que corresponden: en el caso de los semi-haces aguas arriba en el sentido del drenaje, el colector superior recibe al tubo de entrada del fluido en esa carcasa, y el de abajo va conectado al latiguillo; que por su otro extremo va conectado al colector superior del semi-haz de aguas abajo. Este semi-haz, por su extremo inferior, acaba en el conducto de conexión que sale se esa carcasa atravesando su cabezal inferior (45), al que va fijo por una brida soldada (52); de manera análoga a cómo va el tubo de entrada en la carcasa, atravesando el cabezal superior de la propia carcasa (60) o de la siguiente aguas abajo del drenaje (46).
Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, en el que se montan los tubos absorbedores del dispositivo de concentración de la radiación solar con cierta inclinación sobre el plano horizontal del lugar, montándose con la misma inclinación los ejes de los espejos que constituyen las unidades de concentración de la radiación, llamando líneas maestras de inclinación a la que es paralela, en el punto de interés, a dichos ejes, y plano maestro de inclinación, o del montaje, al formado, en el punto de interés, por la línea maestra y la horizontal normal a ella, configurando la estructura de los tubos captadores de radiación como conjunto de módulos, caracterizado porque:
los tubos están contenidos en carcasas (2) de forma longitudinal, que siguen el plano maestro de inclinación, pendiendo dichas carcasas, y por ende los tubos, de una viga o cercha longitudinal (3) con la misma inclinación que dicha línea maestra del dispositivo;
formando cada hilera de carcasas consecutivas una unidad del dispositivo solar, existiendo por lo general varias de esta unidades en una central solar, y estando dotada cada unidad de su propio equipo de drenaje, compuesto por el conjunto de conducciones (12, 19), válvulas (13, 20, 27), depósitos (16, 26) y bombas y compresores (18, 25), y además dotada cada unidad de un equipo de aportación de gas, preferiblemente inerte, de relleno de las conducciones que se vacían al drenar el fluido calorífero (10);
conteniendo cada carcasa uno o más haces de tubos (30, 31 , 32), suspendidos desde la tapa posterior de la carcasa, a su vez suspendida de la cercha o viga maestra de la unidad, estando cada haz de tubos rematado en cada extremo por un colector, provisto de conducto de conexión con el exterior, atravesando dicho conducto el cabezal correspondiente de la carcasa (45, 46, 60), quedando solidario a dicho cabezal por soldadura u otro mecanismo de unión, que incluye una junta hermética o brida (52) entre el cabezal y el conducto del tubo; y teniendo cada haz de tubos una interrupción como tal haz, en la mitad de su longitud dentro de la carcasa, estando conectadas ambas mitades longitudinales del haz por un latiguillo de dilatación (33, 34, 35), que va desde un extremo lateral del colector en el que acaba la mitad aguas arriba del haz de tubos (39, 40, 41), al extremo lateral del otro lado del colector de conexión (42, 43, 44) al semi- haz aguas debajo del latiguillo; coincidiendo el plano virtual tangente a la superficie inferior de los latiguillos con el plano virtual tangente a la superficie inferior de los colectores de los tubos así como de los propios tubos, tanto del semi-haz aguas arriba como del semi-haz aguas abajo, formando un único plano en el que virtualmente apoya toda la superficie inferior de tubos, colector, latiguillo, colector aguas abajo, tubos aguas abajo y conducto de conexión con la carcasa aguas abajo, sin peldaños ni resaltos en dicha superficie inferior desde la parte más alta de los tubos de la unidad, hasta la parte más baja de la unidad, y siendo dicho plano único, plano maestro del montaje;
estando conectada dicha parte más baja de la unidad con la tubería vertical de drenaje (12), en cuya cabecera existe una válvula (13), cerrada en condiciones de funcionamiento de la central, y abierta cuando se procede a vaciar o a llenar el conjunto de tubos del receptor solar con el fluido calorífero (10).
2 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según reivindicación primera, caracterizado por que el dispositivo de drenaje consta de dicha tubería vertical de drenaje (12), su válvula superior de apertura-cierre (13), el depósito (16) aislado térmicamente en el que se almacena el fluido, opcionalmente equipado con un dispositivo auxiliar de calentamiento, y la bomba de llenado (18), que toma el fluido desde el taque para trasvasarlo a los haces de tubos de la unidad.
3 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque la invención consta de un sistema de inyección de gas en los tubos cuando éstos se vacían, que actúa desde la parte superior, estando el depósito de gas comprimido (26) situado encima de la cercha o viga (3) de la cual pende el conjunto de carcasas, o encima de una unidad vecina aguas arriba; y existiendo, en la parte alta de cada unidad, una válvula de alivio (24) para extracción del gas, que es succionado por un compresor (25) que aloja el gas en el citado depósito o tanque superior (26), desde el cual puede ser directamente inyectado en los tubos, al mismo tiempo que éstos se drenan.
4 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las unidades o alineamientos de carcasas con sus tubos, pueden ubicarse una tras otra, con las conexiones que se consideren para el fluido calorífero, siendo siempre las líneas maestras de estas unidades paralelas entre sí.
5 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la separación orientativa entre dos semi-haces para la ubicación del latiguillo de dilatación, no debe ser menor que el doble de la máxima dilatación prevista, ni mayor que el menor valor de entre el séxtuplo de esa dilatación, o el doble de la anchura del haz.
6 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la cara del latiguillo en la que incide la radiación incidente, se coloca, solidaria a él, una placa-aleta (59) de absorción de la radiación, que cubre el espacio de interrupción de los haces.
7 - Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en las partes correspondientes a la zona de expansión transversal del latiguillo, el espacio que se deja en el montaje entre cada parte de la pared interior retranqueada de la carcasa (51) y la arista más cercana (61) del haz más cercano de tubos, tiene una anchura comprendida entre la dilatación máxima esperable en los tubos del semi-haz más caliente, y este valor multiplicado por el número de haces más uno.
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