ELEMENTO ABSORBEDOR PARA LA OBTENCIÓN DE CALOR SOLAR DE ALTA TEMPERATURA Y PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN.

Elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura con una unidad de concentración de la luz (60),

un tubo exterior (20) realizado a partir de un material transparente y un absorbedor (30) dispuesto en su interior, sobre el cual pueden ser dirigidos los rayos solares (10) mediante la unidad de concentración de la luz (60), en el que el absorbedor (30) está rodeado por lo menos por un canal reflector (40; 50), y presentando el canal reflector (40; 50) una rendija de abertura (42; 52), a través de la cual los rayos solares (10) pueden incidir sobre el absorbedor (30), y en el que el absorbedor (30) está situado fuera del eje central del tubo exterior (20); caracterizado porque la superficie del canal reflector (40; 50) presenta un poder de emisión y absorción pequeño y la radiación térmica, que parte del absorbedor (30), puede ser reflejada de vuelta sobre el mismo; porque la línea focal de la unidad de concentración de la luz (60) está situada en el eje central del tubo exterior (20); porque la rendija de abertura (42; 52) se extiende en el eje central del tubo exterior (20), y porque el absorbedor (30) comprende un tubo de absorbedor (32), a través del cual puede circular un medio portador de calor, y comprende unas placas de absorbedor (34) sujetadas al tubo de absorbedor (32), estando curvadas las placas de absorbedor (34) de tal manera que los rayos solares (10) que inciden a través de la rendija de abertura (42; 52) puedan ser absorbidos esencialmente por completo

La presente invención se refiere a un elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura del tipo mencionado en el preámbulo de la reivindicación 1. Los elementos absorbedores de este tipo son en general conocidos. La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un elemento absorbedor de este tipo.

En las centrales eléctricas termosolares, se concentra la energía radiante del Sol con la ayuda de sistemas de espejos, preferentemente con seguimiento, y se utiliza para el calentamiento de un medio portador de calor. En una construcción conocida en general, el medio portador de calor fluye a través de unos tubos absorbedores largos, los cuales están dispuestos en el foco de colectores parabólicos ranurados.

La concentración de la energía de la radiación puede tener lugar, en lugar de en sistemas de reflexión, también en sistemas de difracción (lentes condensadoras). Un ejemplo de un sistema que concentra ópticamente de forma lineal de este tipo se desprende de la patente US nº 4.287.881 de 8 de Septiembre de 1981.

Los colectores solares, en los cuales el absorbedor propiamente dicho está rodeado por elementos, los cuales reflejan la radiación de vuelta sobre el mismo se conocen, por ejemplo, por la patente FR 555 420, las patentes US nº 4.300.538, nº 4.440.155, nº 4.512.335 y las publicaciones DE 27 38 667, 27 57 155 y 30 20 310.

Un problema que surge durante la obtención de calor solar de alta temperatura son las pérdidas de calor debidas a la radiación del tubo absorbedor. Estas pérdidas de calor son notables a causa de la elevada temperatura. Para la reducción de las pérdidas de calor es conocido en general disponer el tubo absorbedor propiamente dicho en un tubo exterior; gracias a ello, si bien se reducen las pérdidas de calor, éstas son, todavía demasiado elevadas, de manera que el rendimiento durante la obtención de calor solar de alta temperatura queda muy por debajo del valor que se puede alcanzar teóricamente.

La invención se plantea, por ello, el problema de crear un elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura en el cual las pérdidas de calor sean mínimas. Se quiere crear también un procedimiento de fabricación sencillo para un elemento absorbedor de este tipo.

Este problema se resuelve según la patente mediante el elemento absorbedor descrito en la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas, se mencionan estructuraciones ventajosas del elemento absorbedor según la invención. En la reivindicación 13, se describe un procedimiento de fabricación preferido para el elemento absorbedor.

El canal de reflector dispuesto, según la invención, alrededor del absorbedor refleja la radiación térmica de longitud de onda larga emitida por el absorbedor de vuelta sobre el mismo y minimiza con ello, la pérdida de calor por radiación.

El canal reflector está constituido preferentemente, por lo menos en el lado interior orientado hacia el absorbedor, por algunas superficies, esencialmente planas. La radiación térmica emitida por el absorbedor en una zona angular de aproximadamente 180º es reflejada de vuelta por unas paredes de canal reflector rectas, en una gran parte, directamente sobre el absorbedor y no se pierde a causa de reflexiones múltiples en paredes de canal reflector curvadas.

La rendija de abertura del canal reflector se extiende en la línea focal de la unidad de concentración de la luz. La línea focal está situada en el eje central del tubo exterior. Dado que los rayos solares son enfocados por la unidad de concentración de la luz sobre el eje central del tubo exterior, inciden perpendicularmente sobre el tubo exterior y no son refractados en éste. El absorbedor con el tubo de absorbedor y las placas de absorbedor curvadas puede estar montado por ello de manera estacionaria o fija. Los rayos solares que divergen hacia el eje central inciden por completo en el canal de absorbedor, el cual está formado por el tubo de absorbedor y las placas de absorbedor. Sobre la pared del canal de reflector, que está optimizada para la reflexión de rayos térmicos del absorbedor, no incide luz solar alguna.

Por lo tanto, los rayos solares calientan el medio portador de calor de manera eficaz en el tubo de absorbedor, por ejemplo para la generación de vapor. La forma compacta del elemento absorbedor según la invención posibilita la generación con pocas pérdidas de vapor de alta temperatura en unidades constructivas pequeñas. También en regiones con menos sol resulta interesante, desde un punto de vista técnico y económico, la utilización de unidades pequeñas para la obtención de calor de alta temperatura. El vapor se puede utilizar, con un grado de efectividad bueno, en u proceso cíclico para la generación de corriente. La energía solar se puede aprovechar para calefacción, a un nivel de temperatura alto, incluso en invierno.

Con el procedimiento de fabricación según la invención se puede obtener, mediante compensación de las tolerancias de fabricación y de montaje de la unidad de concentración de la luz, una rendija de abertura mínima en el canal reflector. Gracias a ello, se forma una geometría de rendija, la cual está adaptada de manera óptima a la construcción correspondiente. La complejidad de fabricación para la unidad de condensación de la luz y la unidad de absorbedor es reducida y las pérdidas térmicas durante el funcionamiento son minimizadas.

A continuación, se explican con mayor detalle, a título de ejemplo, a partir de los dibujos, formas de realización de la invención, en las que:

la figura 1 muestra una sección transversal a través de un elemento absorbedor; la figura 2 muestra el elemento absorbedor en una disposición con reflectores de ranuras; la figura 3 muestra el elemento absorbedor en una disposición con lentes condensadoras.

La figura 1 muestra la sección transversal a través del elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura. Los rayos solares 10 procedentes del Sol son enfocados por una unidad de concentración de la luz 60 lineal (mostrada en la figura 2) en la línea central de un tubo exterior 20. La línea central del tubo exterior 20 coincide, por consiguiente, con la línea focal de la unidad de concentración de la luz lineal. El tubo exterior 20 está realizado preferentemente a partir de vidrio. En general el tubo exterior 20 está realizado a partir un material transparente, el cual tiene una buena transparencia para la radiación de longitud de onda corta y una transparencia no buena para la radiación de longitud de onda larga. El vidrio satisface estas exigencias.

En el interior del tubo exterior 20 reina el vacío. Los rayos, que divergen de nuevo tras la línea focal, inciden allí sobre un absorbedor 30 dispuesto excéntricamente con respecto al eje central de tubo exterior 20. El absorbedor 30 presenta, sobre el lado irradiado, un poder de absorción grande y sobre el lado opuesto un poder de emisión pequeño, con el fin de absorber mucha radiación solar y ceder poca radiación térmica.

El absorbedor 30 está dispuesto fijo en el tubo exterior 20. El absorbedor 30 está constituido por un tubo de absorbedor 32, en el cual circula un medio portador de calor, y unas chapas de absorbedor o placas de absorbedor 34 dispuestas en el tubo de absorbedor 32. Preferentemente, las chapas de absorbedor o las placas de absorbedor 34 están soldadas en el tubo de absorbedor 32, con el fin de garantizar una buena transmisión de calor desde las placas de absorbedor 34 hacia el tubo de absorbedor 32. Las placas de absorbedor 34 están curvadas de tal manera que captan y absorben casi por completo los rayos solares 10 incidentes. El elevado grado de absorción se consigue mediante múltiples procesos de reflexión y absorción de rayos solares 10 que inciden inclinados a lo largo de la superficie curvada en el lado interior de las placas de absorbedor 34.

El absorbedor 30 está rodeado por un canal reflector 40, que refleja de vuelta sobre él la radiación térmica, que parte del absorbedor 30. La superficie del canal de absorbedor 40 tiene un poder de emisión y de absorción pequeño. El canal de reflector 40 presenta en la línea focal una rendija de abertura 42 a través de la cual los rayos solares 10 penetran en el canal 40. Dado que la línea focal discurre en la rendija de abertura 42, la rendija de abertura 42 puede ser estrecha. Las pérdidas de calor por la rendija de abertura 42 son por ello pequeñas. Salvo en la rendija de abertura... [Seguir leyendo]

1. Elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura con una unidad de concentración de la luz (60), un tubo exterior (20) realizado a partir de un material transparente y un absorbedor (30) dispuesto en su interior, sobre el cual pueden ser dirigidos los rayos solares (10) mediante la unidad de concentración de la luz (60), en el que

el absorbedor (30) está rodeado por lo menos por un canal reflector (40; 50), y presentando el canal reflector (40; 50) una rendija de abertura (42; 52), a través de la cual los rayos solares (10) pueden incidir sobre el absorbedor (30), y en el que

el absorbedor (30) está situado fuera del eje central del tubo exterior (20);

caracterizado porque

la superficie del canal reflector (40; 50) presenta un poder de emisión y absorción pequeño y la radiación térmica, que parte del absorbedor (30), puede ser reflejada de vuelta sobre el mismo; porque la línea focal de la unidad de concentración de la luz (60) está situada en el eje central del tubo exterior (20); porque

la rendija de abertura (42; 52) se extiende en el eje central del tubo exterior (20), y porque

el absorbedor (30) comprende un tubo de absorbedor (32), a través del cual puede circular un medio portador de calor, y comprende unas placas de absorbedor (34) sujetadas al tubo de absorbedor (32), estando curvadas las placas de absorbedor (34) de tal manera que los rayos solares (10) que inciden a través de la rendija de abertura (42; 52) puedan ser absorbidos esencialmente por completo.

2. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque el lado interior, orientado hacia el absorbedor (30), del canal reflector (40; 50) está constituido por algunas superficies esencialmente planas.

3. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque de manera coaxial con respecto a un canal reflector (40) interior está previsto un canal reflector (50) exterior que lo rodea esencialmente con las mismas propiedades que el canal reflector (40) interior.

4. Elemento absorbedor según la reivindicación 3, caracterizado porque el canal reflector (40, 50) interior y exterior siguen conjuntamente la luz solar.

5. Elemento absorbedor según la reivindicación 4, caracterizado porque el canal reflector (40, 50) interior y exterior son seguidos mediante imanes, los cuales están sujetos por el exterior del tubo exterior (20) a una construcción de alojamiento.

6. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque el absorbedor (30) está montado fijo con el tubo absorbedor (32) y las placas de absorbedor (34) y no es sometido a seguimiento.

7. Elemento absorbedor 1 según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de concentración de la luz (60) comprende unos espejos de desviación de láminas (62) y unos espejos parabólicos ranurados (64).

8. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque las unidad de concentración de la luz (60) comprende por lo menos una lente condensadora (66) lineal.

9. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo exterior (20) está realizado a partir de vidrio.

10. Elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio portador de calor es agua.

11. Elemento absorbedor según la reivindicación 10, caracterizado porque el vapor obtenido en elementos absorbedores de este tipo es suministrado a una máquina operadora para la generación de corriente.

12. Elemento absorbedor según la reivindicación 11, caracterizado porque la máquina operadora es un motor de pistón alternativo con pistones escalonados.

13. Procedimiento para la fabricación de un elemento absorbedor según la reivindicación 1, caracterizado porque en primer lugar se monta el elemento absorbedor, presentando, sin embargo, en primer lugar la pared del canal reflector (40; 50) ninguna rendija de abertura (42; 52) y porque a continuación, a través de la unidad de concentración de la luz (60), se irradia luz láser paralela, la cual retira por combustión la rendija de abertura (42; 52) de la pared del canal reflector (40; 50).