Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración y colector solar que comprende la mencionada estructura.

Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración y colector solar que comprende la mencionada estructura.

Presenta estabilidad, rigidez y resistencia mejoradas. La estructura comprende un conjunto de módulos (13, 34), que están divididos en cuerpos centrales de torsión (14) construidos a base de barras, y que están conectados por medio de ruedas de conexión (18, 35) soportadas por soportes de suelo (19) dotados de patines (22) con elementos de rodadura (23), permitiendo, mediante accionamiento de una de las ruedas de conexión (35), concretamente, la rueda central de conexión (35), el giro simultáneo de la estructura en torno a una dirección común de giro sin necesidad de establecer un eje físico de rotación, para producir el seguimiento solar de un colector soportado por la estructura.

Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración y colector solar que comprende la mencionada estructura

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico de los colectores solares cilíndricos de concentración. En concreto, la invención se refiere, de acuerdo con un primer objeto, a una estructura soporte para un colector solar cilíndrico de concentración y, de acuerdo con un segundo objeto, a un colector solar que comprende dicha estructura.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los colectores solares cilíndricos de concentración presentan usualmente los siguientes componentes principales:

- Reflector primario cilíndrico, para reflejar y concentrar la radiación solar directa que incide sobre su superficie.

- Receptor solar, encargado de recibir la radiación concentrada por el reflector primario. La geometría más extendida comprende dos tubos concéntricos: un tubo interior metálico por el que circula un fluido caloportador; y un tubo exterior de vidrio, separado del tubo interior por vacío.

- Seguidor solar: es un mecanismo encargado de hacer girar la estructura del colector alrededor de un eje horizontal, para orientarlo respecto del sol de la manera más conveniente.

- Estructura soporte: permite sostener y dar rigidez al conjunto de elementos descritos.

En algunos casos, los colectores presentan un reconcentrador secundario que consiste en un elemento reflector, instalado, sobre el receptor, que aumenta la concentración de la radiación solar sobre el receptor.

Dentro de los colectores solares cilíndricos de concentración, los más populares son los cilíndrico-parabólicos, cuyo reflector primario presenta forma de cilindro parabólico. Recientemente ha surgido un nuevo tipo, donde la forma del cilindro puede tener formas alternativas a la parábola, por lo que se denomina cilíndrico-paramétrico. En el caso de cilíndrico-paramétrico, la superficie reflectora puede ser discontinua, comprendiendo, por ejemplo, una parte central parabólica separada de partes laterales no parabólicas. Un ejemplo de este tipo de colectores se reivindica en la patente española ES2364115A1 “Colector solar cilindro paramétrico con reconcentrador secundario optimizado y su procedimiento de diseño” del mismo solicitante.

Para que el fluido caloportador alcance temperaturas suficientemente elevadas, el colector debe tener una gran longitud, para lo cual es necesario dividir el colector longitudinalmente en módulos adosados en serie. Para ello la estructura soporte también está dividida de manera correspondiente con los módulos, comprendiendo un cuerpo central de torsión (denominado en inglés torque box) .

Existe una gran cantidad de estado de la técnica referente a las estructuras soporte de módulos de colectores solares, en las que el cuerpo central de torsión (o “torque box”) está constituido por una serie de vigas de una elevada longitud y que están sometidas a grandes esfuerzos de torsión y flexión, lo cual origina grandes flechas de deformación y graves problemas con el transporte hasta la planta.

Para transmitir los esfuerzos al cuerpo central de torsión, las estructuras de cada módulo están conectadas al cuerpo central por medio de pares de placas paralelas vinculadas mediante una unión cilíndrica que constituye un eje físico de rotación que es común a lo largo del colector.

En el estado de la técnica se conocen una variedad de piezas de unión entre módulos, que están formadas fundamentalmente por dos placas paralelas conectadas por una unión cilíndrica que constituye el eje de giro del colector, estando configurada cada placa para su conexión al cuerpo central de torsión (torque box) de uno de los módulos adyacentes.

La separación entre las placas permite conectar las uniones cilíndricas a través de rodamientos a soportes intermedios sobre los que descansan los módulos. De esta forma, cada módulo está apoyado en dos soportes y gira por medio de un eje constituido por las uniones cilíndricas.

Es conocido que en las uniones cilíndricas y en su entorno se producen grandes concentraciones de tensiones, lo cual obliga a un diseño muy rígido de la estructura soporte.

A la vista del estado de la técnica, la invención aquí reivindicada tiene como objetivo proporcionar una estructura de gran versatilidad, para que sirva de soporte a un módulo de colector solar de tipo cilíndrico, ya sea parabólico o paramétrico, con el reflector primario continuo o discontinuo, con reconcentrador secundario o sin él y que acepte cualquier geometría de receptor.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados, por medio de, de acuerdo con un primer objeto, una estructura soporte para colectores cilíndricos de concentración, y de acuerdo con un segundo objeto, un colector cilíndrico de concentración que comprende la mencionada estructura, tal como se describe seguidamente.

El colector objeto de la invención comprende un reflector primario dotado de una superficie reflectante cilíndrica, que puede ser tanto cilíndrica-parabólica como cilíndrica-paramétrica. El reflector primario puede ser tanto continuo como discontinuo.

El colector comprende un receptor, como es usual en el estado de la técnica, que preferentemente comprende un primer tubo metálico destinado a que circule un fluido caloportador por su interior, y un segundo tubo de vidrio, coaxial y exterior al primer tubo y preferentemente separado de dicho primer tubo por vacío. Adicionalmente, el colector puede comprender un reconcentrador secundario para reflejar sobre el receptor la radiación que escapa de dicho receptor una vez es reflejada por el reflector primario.

El reconcentrador, en caso de existir, así como los tubos del receptor, pueden estar soportados por un soporte de reconcentrador y un soporte de receptor, preferentemente formados por una pluralidad de elementos soporte con geometría de triángulo isósceles, y distribuidos a lo largo del colector. A su vez, los soportes de reconcentrador y de receptor pueden reposar sobre un apoyo que se extiende asimismo a lo largo del colector y que presenta preferentemente una forma rectangular dispuesta horizontalmente, que puede estar preferentemente definida por barras.

El colector está sostenido por una estructura soporte que se describirá seguidamente y que cumple adicionalmente la función de seguidor solar, permitiendo el giro del reflector primario en torno a un eje horizontal convenientemente alineado para proporcionar una orientación deseada de la superficie reflectante respecto de los rayos de sol.

La estructura de la invención es una estructura modulada dividida en una pluralidad de módulos ensamblados de tal manera, como se explicará más adelante, que definen una viga continua.

Cada uno de los módulos comprende al menos un cuerpo central de torsión (preferentemente dos) destinado a soportar los esfuerzos de torsión generados por el peso del receptor solar; del reconcentrador secundario, en su caso; del peso propio; y de los eventuales esfuerzos de viento. El cuerpo central de torsión es una construcción espacial repetitiva elaborada con barras conectadas tridimensionalmente mediante elementos de unión. Tanto las barras como los elementos de unión pueden ser transportados de manera compacta, y posteriormente ser montados en la planta donde se deseen ubicar los colectores.

La estructura comprende adicionalmente al menos una rueda de conexión ubicada entre cada dos módulos adyacentes. Cada rueda de conexión está vinculada con el cuerpo central de cada uno de los módulos adyacentes, de la manera que se explicará más adelante. Cada rueda de conexión, de geometría circunferencial, está compuesta por segmentos conectados adecuadamente, lo cual facilita el transporte compacto y permite un montaje sencillo en planta. De manera preferente, tal como se explicará más adelante, los módulos que ocupan las posiciones centrales (en adelante referidos como módulos centrales) están conectados por un conjunto de dos ruedas de conexión ubicadas coaxialmente en planos paralelos y vinculadas entre sí mediante una celosía perimetral, mientras que el resto de los módulos estarán conectados por una sola rueda de conexión.

Un núcleo central con forma de polígono regular elaborado con barras ocupa una posición interior al perfil circunferencial inscrito y concéntrico con dicho perfil circunferencial, al cual está unido por una pluralidad de tirantes que tienen un primer extremo conectado a un vértice del núcleo central y un segundo extremo conectado al perfil circunferencial....

1. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, caracterizada porque comprende:

-una pluralidad de módulos (13, 34) conectados adyacentemente comprendiendo cada módulo (13, 34) al menos un cuerpo central de torsión (14) destinado a resistir y transmitir esfuerzos de torsión;

- una pluralidad de ruedas de conexión (18, 35) para conectar módulos (13, 34) contiguos, donde al menos una rueda de conexión (18, 35) está ubicada entre cada dos módulos (13, 34) contiguos, así como cada rueda de conexión (18, 35) comprende:

-un perfil circunferencial (25) formado por segmentos ensamblados;

-un núcleo central (27) con forma de polígono formado por barras o placas, ubicado en el interior del perfil circunferencial (25) y sustancialmente coaxial con dicho perfil cincunferencial (25) ;

- una pluralidad de tirantes (28, 29, 30) dotados de un primer extremo conectado a un vértice del núcleo central (27) y de un segundo extremo conectado al perfil circunferencial (25) ;

- elementos de conexión para conectar los módulos (13, 34) a las ruedas de conexión (18, 35) ; y

- una pluralidad de soportes de suelo (19) para soportar cada una de las ruedas de conexión (18, 35) , donde cada soporte de suelo (19) está dotado de elementos de rodadura (23) destinados a hacer contacto con los perfiles circunferenciales (25) , para permitir la rodadura de las ruedas de conexión (18, 35) en torno a una dirección de giro común.

2. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las ruedas de conexión (18, 35) comprenden adicionalmente una placa central (32) dotada de un taladro (33) , y fijada al núcleo central (27) y con el taladro (33) ubicado coaxialmente a dicho núcleo central (27) .

3. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los taladros (33) de las placas centrales (32) definen la dirección del giro común de las ruedas de conexión (18, 35) .

4. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque cada módulo (13, 34) comprende una pluralidad de cuerpos centrales de torsión (14) , preferentemente dos, conectados adyacentemente en serie a través de anclajes (16) que permiten mantener la continuidad de esfuerzos.

5. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los cuerpos centrales de torsión (14) están formados por una construcción tridimensional fabricada con barras y elementos de unión (15) para unir las barras.

6. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada porque los anclajes (16) están conectados en los extremos correspondientes de los cuerpos centrales de torsión (14) del mismo módulo (13, 34) y están dotados de sendos orificios, en los cuales es insertable un espárrago de centrado (17) en dirección paralela a la dirección de giro común.

7. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los módulos (13) adyacentes están conectados entre sí por medio de una única rueda de conexión (18) .

8. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dos módulos centrales (34) ocupan las posiciones centrales, donde dichos módulos centrales (34) están conectados entre sí por dos ruedas de conexión centrales (35) paralelas y coaxiales unidas entre sí por una celosía perimetral (36) .

9. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los núcleos centrales (27) y las placas centrales (32) tienen forma de polígono regular, en particular forma de triángulos equiláteros invertidos entre sí.

10. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los tirantes (28, 29, 30) comprenden:

- primeros tirantes (28) que tienen la dirección perpendicular a uno de los lados que comprenden uno de los vértices del núcleo central (27) ,

-segundos tirantes (29) que tienen dirección radial, y

- terceros tirantes (30) con direcciones distintas a los primeros (28) y segundos tirantes (29) .

11. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los soportes de suelo (19) comprenden una pluralidad de postes (20) , preferentemente seis postes (20) , vinculados al suelo, y dotados de extremos libres en los que están fijados los elementos de rodadura (23) .

12. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizada porque comprende adicionalmente unos patines (22) montados en los extremos de los soportes de suelo (19) , donde dichos patines (22) alojan los elementos de rodadura (23) .

13. Estructura soporte para colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 11 y 12, caracterizada porque los elementos de rodadura (23) comprenden rodillos montados sobre cojinetes.

14. Colector solar cilíndrico de concentración que comprende:

- un reflector primario dotado de una superficie reflectante cilíndrica, para concentrar los rayos de sol;

- un receptor (3) para recibir los rayos de sol concentrados; y

-una estructura soporte para soportar el reflector primario y el receptor (3) , que permite el giro del reflector primario respecto de un eje horizontal para generar un seguimiento solar; caracterizado porque la estructura soporte es la estructura soporte descrita en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Colector solar cilíndrico de concentración de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque al menos una de las ruedas centrales de conexión (35) incorpora adicionalmente:

-una cadena (36) ubicada en el perfil circunferencial (25) , y

-unos medios de accionamiento, preferentemente un motor (38) para accionar la cadena (36) y provocar el giro de las ruedas centrales de conexión (35) en torno a la dirección común de giro.

16. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el reflector primario presenta una superficie reflectante discontinua.

17. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 y 16, caracterizado porque la superficie reflectante comprende:

-una primera porción (1) central de forma cilíndrica parabólica; y

-dos segundas porciones (2) laterales definidas de manera paramétrica, ubicadas a una cota inferior a la de la primera porción (1) .

18. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende adicionalmente un reconcentrador secundario.

19. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el receptor (3) comprende:

-un primer tubo metálico adaptado para que circule por él un fluido caloportador; y

- un segundo tubo transparente coaxial y exterior al primer tubo; donde el colector adicionalmente comprende:

-un soporte de reconcentrador, para soportar el reconcentrador, y

-un soporte de receptor, para soportar el receptor, donde el soporte de reconcentrador comprende una pluralidad de primeros elementos de soporte (5) con geometría de triángulo isósceles; así como donde el soporte de receptor comprende una pluralidad de segundos elementos de soporte (6) con geometría de triángulo isósceles; donde el colector adicionalmente comprende un apoyo (7) que está soportado por la parte superior de los cuerpos centrales de torsión (14) , para que sobre dicho apoyo (7) reposen los primeros elementos de soporte (5) y los segundos elementos de soporte (6) .

20. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque los elementos de soporte (5, 6) triangulares presentan bases (8) comunes unidas al apoyo (7) por medio de bisagras (9) que permiten el giro de los elementos de soporte (5, 6) respecto de las bases (8) para acompañar a los tubos del receptor (3) en sus dilataciones.

21. Colector solar cilíndrico de concentración, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 y 20, caracterizado porque los primeros elementos de soporte (5) son de mayor altura que los segundos elementos de soporte (6) , así como el colector incorpora una barra portante (12) fijada entre la parte inferior del vértice superior de los primeros elementos de soporte (5) y el reconcentrador (4) , mientras que el receptor (3) reposa por debajo del reconcentrador (4) , apoyado en el vértice superior de los segundos elementos de soporte (6) .