ESTRUCTURA PARA SISTEMA DE CONCENTRACIÓN SOLAR PUNTUAL DE TIPO DISCO, Y SISTEMA DE CONCENTRACIÓN QUE INCORPORA DICHA ESTRUCTURA.

Estructura para sistema de concentración solar puntual parabólico, y sistema de concentración que incorpora dicha estructura.

Presenta mayor ligereza y permite una mayor facilidad de montaje. Comprende a) una subestructura de anclaje

(10) al suelo; b) una subestructura de seguimiento (20), montada sobre la subestructura de anclaje (10) y giratoria respecto de ella en torno a un eje acimutal; c) una subestructura de arrastre (30) que comprende dos aros (31) coaxiales formados una pluralidad de segmentos (33) estampados ensamblados, estando dichos aros (31) unidos por tirantes (32); siendo la subestructura de arrastre (30) cenitalmente giratoria respecto de la subestructura de seguimiento (20); d) una subestructura portadora (50), en forma de cuna, destinada a soportar una superficie reflectante; y e) una subestructura de conexión (40), modular, fabricada con elementos estampados, sobre la que está montada la subestructura portadora (50), y fijada en el interior de la subestructura de arrastre (30).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231396.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MUÑOZ GILABERT,Félix, SOSA NARANJO,CRISTINA, GOMEZ VERGARA,Gonzalo, JIMENEZ LOPEZ,Antonio Abad, BRAVO VERA,Antonio José.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/54 (especialmente adaptados para el movimiento rotativo)
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ESTRUCTURA PARA SISTEMA DE CONCENTRACIÓN SOLAR PUNTUAL DE TIPO DISCO, Y SISTEMA DE CONCENTRACIÓN QUE INCORPORA DICHA ESTRUCTURA.

Fragmento de la descripción:

Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, y sistema de concentración que incorpora dicha estructura.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo de la tecnología termosolar, más concretamente se refiere a los sistemas de concentración puntual de tipo disco, en particular, aunque no necesariamente, de tipo parabólico, tales como los de discos Stirling o AMTEC.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un sistema de concentración solar puntual de tipo parabólico, tal como los de disco Stirling, cuenta con un concentrador parabólico que está dotado de un seguimiento a dos ejes, para reflejar hacia un foco la radiación solar incidente sobre la superficie reflectora. En el foco está ubicado un receptor solar que está conectado con un motor Stirling o una microturbina. En el receptor se absorbe la radiación solar concentrada, originando el calentamiento de un fluido hasta una temperatura adecuada para que la energía absorbida por el fluido sea empleada en el motor o microturbina para generar electricidad, a través de un generador conectado al eje del motor o de la microturbina.

Existen otros sistemas de concentración tipo disco en los que la finalidad del fluido calentado en el receptor, es el de o bien generar vapor de proceso o bien ser almacenado.

En el caso de los discos AMTEC (alkali-metal thermal-to-electric conversión) , similares a los discos Stirling, el motor Stirling se sustituye por una nueva unidad de conversión de potencia regenerativa que permite la conversión directa de calor en electricidad mediante la utilización de un metal alcalino.

En concreto, los componentes principales de un disco Stirling son:

-Concentrador solar (también denominado reflector primario) : comprende una superficie especular parabólica soportada por una estructura. Su misión es concentrar, teóricamente en un punto, que coincide con el foco de la superficie especular parabólica, la radiación solar incidente sobre la superficie especular.

- Receptor solar: es un intercambiador de calor que se sitúa en el foco y transfiere hacia un fluido de trabajo la energía solar concentrada en dicho foco.

-Motor Stirling o microturbina: comprende un eje de salida y transforma el calor absorbido por el fluido de trabajo en energía mecánica para hacer girar el eje de salida.

- Generador: está acoplado al eje de salida y transforma en energía eléctrica la energía del giro del eje de salida.

- Estructura soporte: para soportar todos los elementos mencionados y dar rigidez y resistencia al conjunto.

- Sistema de seguimiento: permite orientar el conjunto del disco Stirling de manera que los rayos incidan siempre sobre la superficie reflectante paralelos al eje de la parábola.

Sin embargo, los sistemas de concentración conocidos hasta la fecha adolecen de algunos inconvenientes que a continuación pasamos a exponer.

Se conocen discos Stirling cuya estructura está anclada al suelo mediante un pivote central y un sistema de ruedasrailes que giran sobre una cimentación en forma de anillo, desempeñando la función de mecanismo azimutal. La configuración mencionada confiere a dicho sistema errores de apunte provenientes de la cimentación, que se convierte en un paso clave del montaje.

Otros sistemas comprenden un pedestal de varios metros sobre el que está dispuesta la estructura del

concentrador, y un sistema de cercha en cuyo extremo se ancla el motor Stirling. Este sistema de “apoyo puntual”

produce gran concentración de tensiones en los mecanismos de giro, incrementando en gran medida el coste de mantenimiento e instalación de la tecnología, debido también a las deformaciones que presenta el pedestal a lo largo del día.

Otra de las desventajas que presentan los hasta la fecha existentes seguidores de disco, y que ha supuesto un impedimento para su producción en serie en grandes plantas, es el gran costo que supone el transporte de estas estructuras, ya que necesitan de un gran volumen en relación al peso que suponen.

En resumen, nos encontramos con las siguientes desventajas: estructuras pesadas y complejas, lo cual encarece y complica la fabricación de la estructura, el transporte de las piezas que la componen, el montaje y el mantenimiento; imprecisiones en la cimentación, que se trasladan al funcionamiento de la estructura; elevadas concentraciones de tensiones; y falta de precisión en el enfoque de la radiación concentrada en el foco.

Se pretende describir un sistema de concentración solar puntual parabólico exento de los inconvenientes mencionados anteriormente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los inconvenientes referidos, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, mediante una estructura para un sistema de concentración solar puntual de tipo disco y, de acuerdo con un segundo aspecto de la invención, mediante un sistema de concentración solar puntual parabólico que incorpora la mencionada estructura.

La estructura de la invención comprende una subestructura de anclaje destinada a ser anclada al suelo, preferentemente mediante pilotes (bien de hormigón o bien pilotes metálicos anclados directamente al suelo) . La subestructura de anclaje proporciona fijación al suelo para la estructura.

Se dispone asimismo de una subestructura de seguimiento, que está conectada sobre la subestructura de anclaje de manera giratoria respecto de dicha subestructura de anclaje en torno a un eje acimutal para producir el seguimiento acimutal de la subestructura de seguimiento. A modo de ejemplo, la subestructura de anclaje y la subestructura de seguimiento están conectadas a través de una corona acimutal que comprende una carcasa, fijada a la subestructura de anclaje, y una rueda dentada, interior a la carcasa, que es giratoria respecto de la carcasa según un eje acimutal, y que está vinculada a la subestructura de seguimiento. Un primer motor se encarga de accionar la rueda dentada, de tal manera que el giro de la rueda dentada respecto de la carcasa arrastra la subestructura de seguimiento, generando la orientación acimutal adecuada de dicha estructura de seguimiento.

La estructura comprende adicionalmente una subestructura de arrastre, que comprende dos aros coaxiales, ubicados en planos paralelos y conectados entre sí por medio de tirantes, pudiendo ser dichos tirantes oblicuos y/o perpendiculares a los aros. Los aros están configurados a partir de segmentos que son ensamblables para montar cada uno de los aros. De manera preferente, los segmentos son perfiles huecos en cuyos extremos son insertables unas barras curvadas para proporcionar la correspondiente fijación entre segmentos adyacentes.

La subestructura de arrastre, una vez ensamblada, comprende un receptáculo en su contorno para alojar un receptor solar, que estará en conexión con un motor Stirling, una microturbina o similar, de acuerdo con el segundo objeto de la invención. La subestructura de arrastre está vinculada a la subestructura de seguimiento, de tal manera que es arrastrada por el movimiento acimutal de dicha subestructura de seguimiento. Asimismo, la subestructura de arrastre es giratoria respecto de la subestructura de seguimiento en torno al eje común a los aros, para dotar al receptáculo de seguimiento cenital.

En particular, la estructura puede incorporar dos pares de patines, uno para cada aro, montados en la subestructura de seguimiento, para alojar los aros y guiar la estructura de arrastre en su movimiento cenital. Los patines incorporan elementos de rodadura destinados a contactar con los aros, para facilitar el movimiento cenital.

Un segundo motor produce el giro de la subestructura de arrastre...

 


Reivindicaciones:

1. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, caracterizado porque comprende:

- una subestructura de anclaje (10) para anclar la estructura al suelo;

- una subestructura de seguimiento (20) , que comprende una pluralidad de postes (21) , y está montada sobre la subestructura de anclaje (10) de manera giratoria respecto de dicha subestructura de anclaje (10) en torno a un eje acimutal;

- una subestructura de arrastre (30) , consistiendo de al menos un aro (31) para proporcionar a la subestructura un seguimiento respecto de un eje cenital;

- una subestructura portadora (50) compuesta de elementos unidos entre sí, destinada a soportar una superficie reflectante;

- una subestructura de conexión (40) , modular, sobre la que está montada la subestructura portadora (50) , y que está fijada en el interior de la subestructura de arrastre (30) ; donde la subestructura de arrastre (30) está conectada con la subestructura de seguimiento (20) de manera giratoria sobre elementos de rodadura (24) ubicados en los postes (21) , para permitir un giro cenital de la subestructura de arrastre (30) respecto de la subestructura de seguimiento (20) .

2. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura de arrastre (30) comprende:

- dos aros (31) coaxiales ubicados en planos paralelos;

- una pluralidad de tirantes (32) que unen los dos aros (31) entre sí.

3. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura de anclaje (10) comprende:

- un primer prisma triangular formado por tres primeros perfiles (11) ;

- un perno (13) ubicado a través de cada una de las aristas laterales del primer prisma, y destinados a ser insertados en respectivos pilotes (14) , para anclar al suelo la subestructura de anclaje (10) ; y

- una primera placa (16) fijada a la parte superior del primer prisma, destinada a ser fijada a una corona acimutal (60) .

4. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizada porque la subestructura de anclaje (10) comprende adicionalmente tres segundos perfiles (15) unidos interiormente a los primeros perfiles (11) , donde cada segundo perfil (15) está unido a un punto intermedio de dos primeros perfiles (11) contiguos.

5. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque la primera placa (16) está fijada sobre los tres segundos perfiles (15) .

6. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura de anclaje (10) comprende adicionalmente un dispositivo de nivelación para regular la altura de cada una de las aristas laterales del primer prisma, donde dicho dispositivo de nivelación comprende:

- una base superior (17) montada en al menos un perno (13) , por encima del primer prisma;

- una tuerca superior (18) roscada en el perno (13) por encima de cada base superior (17) ;

- una base inferior (19) montada en dicho perno (13) , por debajo del primer prisma, sobre la que se apoya dicho primer prisma; y

-una tuerca inferior (9) roscada en el perno (13) por debajo de cada base inferior (19) y en contacto con dicha base inferior (19) , de tal manera que haciendo girar las tuercas inferiores (9) se elevan o descienden las bases inferiores (19) , y por tanto, también las aristas laterales.

7. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque en cada arista lateral existe una base superior (17) y una base inferior (19) con sus respectivas tuerca superior (18) y tuerca inferior (9) .

8. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura de seguimiento (20) es un conjunto de forma rectangular elaborado con perfiles unidos que está fijado en su parte inferior a una segunda placa (22) destinada a ser fijada a una rueda dentada (62) interior comprendida en una corona acimutal (60) .

9. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los aros (31) están formados por segmentos (33) ensamblados.

10. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque los segmentos (33) son perfiles huecos, donde la subestructura de arrastre (30) incorpora adicionalmente unas barras curvadas (34) insertadas en los extremos de los segmentos (33) para proporcionar fijación entre segmentos (33) adyacentes.

11. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 9 y 10, caracterizada porque la subestructura de arrastre (30) comprende un receptáculo (35) destinado a alojar un receptor solar.

12. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura de conexión (40) comprende:

- un primer núcleo (41) central en forma de prisma dispuesto sustancialmente perpendicular al eje de la superficie reflectante (70) y elaborado con barras conectadas; y

- una pluralidad de módulos (42) elaborados con barras conectadas, estando dichos módulos (42) unidos a las caras laterales del primer núcleo (41) .

13. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque los módulos (42) comprenden:

- un primer triángulo (43) isósceles o equilátero, y que comprende:

- una primera base (44) ubicada en la parte inferior y dotada de primeros vértices de base (45) ; y

- un vértice superior (46) , ubicado en la parte superior, opuesto a la primera base (44) ;

- un segundo triángulo (47) isósceles o equilátero, ubicado paralelo al del primer triángulo (43) y que comprende:

- una segunda base (48) ubicada en la parte superior y dotada de segundos vértices de base (49) ; y

- un vértice inferior (8) , ubicado en la parte inferior y opuesto a la segunda base (48) ;

- tres pares de barras de conexión (7, 6) , donde dos primeros pares (7) parten uno de cada uno de los vértices superior (46) e inferior (8) y llegan hasta los vértices de base (45, 49) del otro triángulo (43, 47) ; así como un segundo par (6) une cada vértice de base (45, 49) de cada triángulo (43, 47) con el vértice de base (45, 49) más cercano del otro triángulo (43, 47) ; y

- unas patas (5) que parten de los módulos (42) para vincular la subestructura de conexión (40) con la subestructura de arrastre (30) .

14. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque las bases (44, 48) de los primeros (43) y segundos triángulos (47) están ubicadas a una cota más baja que los vértices superiores (46) de los primeros triángulos (43) correspondientes.

15. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la subestructura portadora (50) comprende:

-un segundo núcleo (51) circular o poligonal;

- una pluralidad de brazos (52) que parten del segundo núcleo (51) y que definen una cuna; y

- un refuerzo poligonal, elaborado con terceras placas (53) y dispuesto coaxialmente con el segundo núcleo

(51) y en un plano paralelo a dicho segundo núcleo (51) , donde las terceras placas (53) están unidas entre sí y también a los brazos (52) en puntos intermedios de los brazos (52) , o alternativamente los brazos (52) comprenden huecos intermedios en los que están insertadas las terceras placas (53) .

16. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque el refuerzo poligonal, está dispuesto a una cota superior del segundo núcleo (51) ,

17. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque adicionalmente comprende una corona acimutal (60) ubicada entre la subestructura de anclaje (10) y la subestructura de seguimiento (20) , donde la corona acimutal (60) comprende:

- una carcasa (61) exterior vinculada a la parte superior de la subestructura de anclaje (10) ; y

- una corona dentada (62) ubicada en el interior de la carcasa (61) , y vinculada a la parte inferior de la subestructura de seguimiento (20) , para proporcionar a la subestructura de seguimiento (20) un giro respecto de la subestructura de anclaje (10) según un eje acimutal.

18. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 17 caracterizada porque la primera placa (16) de la subestructura de anclaje (10) está fijada a la carcasa (61) de la corona acimutal (60) , así como la segunda placa (22) de la subestructura de seguimiento (20) está fijada a la rueda dentada

(62) de la corona acimutal (60) .

19. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende cuatro postes (21) ubicados en los extremos de la subestructura de seguimiento (20) en distribución paralelepipédica, donde en los extremos superiores de los postes

(21) están montados los medios de rodadura (24) para permitir el giro cenital de la subestructura de arrastre (30) respecto de la subestructura de seguimiento (20) en torno al eje común de los aros (31) coaxiales.

20. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizada porque los extremos superiores de los postes (21) incorporan sendos patines (23) que comprenden los medios de rodadura (24) .

21. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la subestructura portadora (50) incorpora adicionalmente:

- una pluralidad de perfiles de apoyo (55) apoyados sobre los brazos (52) , y

- unas grapas (54) ubicadas en los extremos de los perfiles de apoyo (55) , para fijar la superficie reflectante

(70) a la subestructura portadora (50) .

22. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizada porque los perfiles de apoyo (55) incorporan primeros agujeros (56) en los extremos, destinados a atornillar unos perfiles en U que comprenden una porción central (57) y dos porciones laterales (58) , donde la porción central (57) tiene un segundo agujero (no mostrado) para atornillarse a las grapas (54) y las porciones laterales (58) están agujereadas para ser atornilladas al perfil de apoyo (55) en los primeros agujeros (56) .

23. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque las grapas (54) están formadas por plaquitas metálicas anguladas compuestas de varios tramos (59, 71, 72) , donde un primer tramo (59) está agujereado para atornillarse al segundo agujero, así como un segundo tramo (71) está agujereado para atornillarse a la superficie reflectante (70) .

24. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizada porque el primer tramo (59) y el segundo tramo (71) son contiguos.

25. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizada porque el primer tramo (59) y el segundo tramo (71) están separados por un tercer tramo (72) , respecto del cual están doblados, uno en un extremo y otro en un lateral.

26. Estructura para sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos uno de los aros (31) incorpora adicionalmente una cadena (25) accionable para producir el giro cenital de la estructura.

27. Sistema de concentración solar puntual de tipo disco, que comprende la estructura descrita en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende adicionalmente:

- un primer motor para accionar la corona acimutal (60) ;

-un segundo motor, alojado en la subestructura de seguimiento (20) , para accionar el movimiento cenital de la subestructura de arrastre (10) ;

- un receptor solar ubicado en el receptáculo (35) de la subestructura de arrastre (30) , y conectado con un motor Stirling, o una microturbina; y

- una superficie reflectante, soportada en la subestructura portadora (50) .

28. Sistema de concentración solar puntual de tipo disco, de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado porque la superficie reflectora (70) presenta una forma de parábola.