ESPEJO ESTRUCTURADO REFLECTOR DE RADIACIONES INTENSAS.

Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, compuesto,

en el sentido de incidencia de la radiación, de una cubierta transparente (1) una lámina reflectiva (2) y una pieza soporte (3), pinzadas entre sí por unas pinzas de fleje (6), teniendo la pieza soporte un vástago (7) de sujeción y unos resaltes central (4) y periféricos (5) que apoyan contra la cubierta (1), pinzando a la lámina con el resalte central, pero no con los periféricos, a los que no llega la lámina, y siendo la altura de esos resaltes superior al espesor de la lámina en un valor seleccionado entre 10 y 50 % de dicho espesor, por lo que la lámina queda fija por los resaltes centrales, de los que hay varios en los espejos longitudinales, pero puede dilatar y contraerse en función de las variaciones de la intensidad de radiación recibida

Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el campo de la óptica de reflexión, entendida en su sentido más amplio, que incluye no sólo el espectro visible sino la generalidad de la radiación electromágnetica emitida por los cuerpos en función de su temperatura, y concretamente se orienta a aquellas aplicaciones en las que la intensidad de la radiación es muy alta, como es el caso de las centrales de energía solar térmica mediante concentración de la radiación originaria, cuando en ellas es necesario volver a reflejar la radiación previamente concentrada.

Antecedentes de la invención

Existen espejos de muy diversas características, pero en general están compuestos de una lámina o superficie reflectante, generalmente metálica, por ejemplo de aluminio o plata, la cual se reviste, con contacto permanente conseguido por deposición a alta temperatura u otro procedimiento, de una cubierta transparente de vidrio. Para niveles habituales de intensidad de radiación, tanto de luz natural como artificial, que no exceden los 1000 vatios por metro cuadrado (W.m^-2 en el sistema SI de unidades) estos espejos de vidrio más capa posterior de plata son muy buenos, y pueden ofrecer reflectividades de 95% o más altas. También es muy alta la reflectividad de láminas de aluminio con brillo especial en una de sus caras, como es el papel de envolver alimentos y similares, que prácticamente tal cual podría emplearse como superficie reflectiva (por ejemplo, para reflejar la luz de las lámparas de fluorescencia) aunque por lo general se les recubre de una micro capa transparente de pintura plástica o similar, para proteger las láminas de los agentes atmosféricos.

Estos montajes no son válidos cuando la intensidad de la radiación incidente en el espejo es muy superior al valor citado; bien por proceder de una fuente artificial de propiedades especiales, bien por haberse concentrado previamente la radiación natural directa del sol. En esos casos de muy alta intensidad, la pequeña fracción de radiación absorbida en la cubierta transparente y así mismo en la lámina reflectante hace que estos materiales adquieran temperaturas muy elevadas, que comportan dilataciones considerables. Como los dos materiales en cuestión, la cubierta transparente y la lámina reflectante, suelen tener, por sus diferentes propiedades materiales, coeficientes de dilatación muy distintos, las expansiones y contracciones que ocurren durante la iluminación intensa y en ausencia de ella, hacen que aparezcan tensiones cortantes en la interfaz entre ambos materiales, que terminan agrietando y descascarillando la superficie reflectiva, y degradando el espejo hasta hacerlo inservible.

Para superar este problema, y poder disponer de espejos que reflejen intensidades de radiación muy altas, se propone esta invención.

En el estado de la técnica se conocen ciertas propuestas en este sector, como las configuraciones descritas en los documentos US 2007/0240704 A1 y US 2009/0056704 A1, si bien las soluciones propuestas en dichos documentos no resuelven el problema fundamental aquí planteado, para reflejar radiación mucho más intensa que la solar directa, y que esta invención sí soluciona. En la primera de ellas se utiliza simplemente una lámina de aluminio directamente pegada sobre cuadernas transversales o costillas, sin una estructura que garantice el mantenimiento de su forma y su fácil limpieza, y que permita las dilataciones longitudinales diferenciales que va a haber con altas intensidades de radiación; y la segunda utiliza una lámina de aluminio sobre la que se deposita un sol-gel protector, que queda adherida a la misma, lo cual facilita la limpieza, pero genera importantes problemas de desgarro de la protección, por los antedichos problemas de las dilataciones diferenciales. De hecho, ambas invenciones están concebidas para reflejar tan sólo radiación solar directa, no pre-concentrada.

Explicación de la invención

La invención consiste en configurar el espejo con los siguientes elementos, que constituyen una estructura solidaria, pero no estrictamente fija en las posiciones relativas entre sí, con los siguientes elementos en el sentido de incidencia de la radiación:

- una cubierta sólida transparente, seleccionada entre vidrio y cualquier otro material de reflectividad por debajo del 10% y de absortividad por debajo del 10%, que tiene una forma superficial, o perfil bidimensional, que coincide con la forma del espejo, que puede ser plano, aunque una geometría más adecuada para tratar la radiación muy intensa es la forma cilindro-parabólica o la de paraboloide de revolución;

- una lámina sólida de material reflectante, seleccionada entre aluminio, plata u otro material de reflectividad por encima del 80%, teniendo esta lámina un espesor muy reducido, inferior a medio milímetro, ajustando su forma a la de la superficie interior de la cubierta transparente, que es sobre la que apoya, siendo esta superficie interior la opuesta a aquella en la que incide la radiación sobre la cubierta transparente;

- una pieza sólida de soporte estructural, de material con temperatura de fusión muy superior a la temperatura de operación que se prevé en la lámina reflectiva para las intensidades de radiación a reflejar y con una conductividad térmica por encima de 10 vatios por metro y kelvin (W.m^-1.K^-1), teniendo esta pieza exactamente la misma forma superficial y tamaño que la cara interior de la cubierta transparente, salvo en las posiciones donde esta pieza de soporte tiene unos resaltes solidarios a ella, teniendo los resaltes un espesor superior al espesor de la lámina reflectante, en cantidad que se selecciona entre un 10% y un 50% del espesor de la lámina, teniendo uno de esos resaltes en el punto central del espejo si es de revolución, o a lo largo de su línea central en caso de ser de forma plana o cilindro-parabólica, y estando los demás resaltes en la periferia de la pieza soporte, y teniendo dichos resaltes una dimensión transversal que se selecciona entre el 1% y el 10% de la dimensión transversal de la pieza soporte, que por su cara opuesta a la de la lámina dispone de un tallo o vástago para su sujeción en la estructura correspondiente, si es el espejo de simetría central, teniendo en vez de vástago una placa o un conjunto de vástagos, en los espejos de conformación longitudinal;

- un conjunto de pinzas de fleje que pinzan los tres elementos anteriores, apretando la pieza soporte contra la cubierta transparente, y apretando entre ambos la lámina por la acción del resalte central, quedando la lámina en el resto de la estructura confinada entre la cara interior de la cubierta y la pieza soporte, pero no pinzada ni apretada, salvo en el punto central o en la línea central del espejo, existiendo una holgura entre la lámina y los dos elementos que tiene por uno y otro lado, en razón de las especificaciones constructivas dadas.

El espejo queda por tanto formado por esta configuración de los tres elementos de geometría igual en su desarrollo superficial, salvo que la lámina no cubre todo el espacio de la superficie interna de la cubierta transparente, sino sólo la parte central, que es la que verdaderamente funciona como espejo, y que no llega hasta los resaltes periféricos de la pieza soporte, quedando la lámina separada de ellos, en condiciones de montaje, una distancia que está entre el 0,2 y el 1% de la dimensión de la lámina en el sentido entre resaltes periféricos. De esa manera, las diversas piezas pueden dilatar libremente, en particular la lámina reflectiva, aunque también la cubierta transparente y la pieza soporte, por la flexibilidad de las pinzas de fleje.

Como elemento coadyuvante para mantener solidarias ambas piezas, se puede disponer un tornillo pasante en un taladro central en la lámina reflectiva y en la cubierta transparente, siendo ese tornillo solidario con el resalte central de la pieza soporte, en los espejos con simetría central, y estando atornillado por una tuerca exterior, que actúa sobre una arandela de presión que a su vez actúa sobre el reborde de la cara exterior del taladro antedicho; y disponiéndose varios de estos juegos resalte-tornillo-taladro-arandela-tuerca a lo largo de la línea central del espejo, en el caso de ser el espejo de desarrollo longitudinal.

Otro elemento complementario, pero de enorme interés para el mantenimiento del espejo, es una caperuza vierteaguas y antipolvo...

1. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, basado en un conjunto de piezas de forma igual a la de la superficie reflectiva que se especifica o se desea obtener, caracterizado por que está constituido por una estructura solidaria, pero no estrictamente fija en las posiciones relativas entre sí, con los siguientes elementos en el sentido de incidencia de la radiación:

- una cubierta sólida transparente (1), seleccionada entre vidrio y cualquier otro material de reflectividad por debajo del 10% y de absortividad por debajo del 10%, que tiene una forma superficial, o perfil bidimensional, que coincide con la forma del espejo, que puede ser plano, aunque una geometría más adecuada para tratar la radiación muy intensa es la forma cilindro-parabólica o la de paraboloide de revolución;

- una lámina sólida de material reflectante (2), seleccionada entre aluminio, plata u otro material de reflectividad por encima del 80%, teniendo esta lámina un espesor muy reducido, inferior a medio milímetro, ajustando su forma a la de la superficie interior de la cubierta transparente (1), que es sobre la que apoya, siendo esta superficie interior la opuesta a aquella en la que incide la radiación sobre la cubierta transparente;

- una pieza sólida de soporte estructural (3), de material con temperatura de fusión muy superior a la temperatura de operación que se prevé en la lámina reflectiva para las intensidades de radiación a reflejar y con una conductividad térmica por encima de 10 vatios por metro y kelvin (W.m^-1.K^-1), teniendo esta pieza exactamente la misma forma superficial y tamaño que la cara interior de la cubierta transparente (1), salvo en las posiciones donde esta pieza de soporte tiene unos resaltes (4,5) solidarios a ella, teniendo los resaltes un espesor superior al espesor de la lámina reflectante, en cantidad que se selecciona entre un 10% y un 50% del espesor de la lámina, teniendo uno de esos resaltes (4) en el punto central del espejo si es de revolución, o a lo largo de su línea central en caso de ser de forma plana o cilindro-parabólica, y estando los demás resaltes (5) en la periferia de la pieza soporte, y teniendo dichos resaltes (4,5) una dimensión transversal que se selecciona entre el 1% y el 10% de la dimensión transversal de la pieza soporte (3), que por su cara opuesta a la de la lámina dispone de un tallo o vástago (7) para su sujeción en la estructura correspondiente, si es el espejo de simetría central, teniendo en vez de vástago una placa o un conjunto de vástagos, en los espejos de conformación longitudinal;

- un conjunto de pinzas de fleje (6) que pinzan los tres elementos anteriores (1, 2 y 3), apretando la pieza soporte (3) contra la cubierta transparente (1), y apretando entre ambos la lámina (2) por la acción del resalte central (4), quedando la lámina en el resto de la estructura confinada entre la cara interior de la cubierta (1) y la pieza soporte (3), pero no pinzada ni apretada, salvo en el punto central o en la línea central del espejo, existiendo una holgura entre la lámina y los dos elementos que tiene por uno y otro lado, en razón de las especificaciones constructivas dadas.

2. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, según reivindicación primera, caracterizado porque la lámina (2) no cubre todo el espacio de la superficie interna de la cubierta transparente (1), sino sólo la parte central, que es la que funciona como espejo, y que no llega hasta los resaltes periféricos (5) de la pieza soporte, quedando la lámina separada de ellos, en condiciones de montaje, una distancia que está entre el 0,2 y el 1% de la dimensión de la lámina (2) en el sentido entre resaltes periféricos (5).

3. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, según reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque el conjunto estructural del espejo incluye un tornillo pasante (8) en un taladro central en la lámina reflectiva (2) y en la cubierta transparente (1), siendo ese tornillo solidario con el resalte central (4) de la pieza soporte (3), en los espejos con simetría central, y estando atornillado por una tuerca exterior (10), que actúa sobre una arandela de presión (9) que a su vez actúa sobre el reborde de la cara exterior del taladro antedicho; y disponiéndose varios de estos juegos resalte-tornillo- taladro-arandela-tuerca a lo largo de la línea central del espejo, en el caso de ser el espejo de desarrollo longitudinal.

4. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto estructural del espejo incorpora una caperuza vierteaguas y antipolvo (11) que envuelve a la pieza soporte (3) y a las pinzas de fleje (6), sin ser solidaria con ellas directamente, pues esta caperuza vierteaguas y antipolvo (11) se afirma mediante tornillos (12) al vástago central (7), o a la placa central de sujeción de la pieza soporte (3), atornillándose en esa posición una vez montado el espejo como tal, y desatornillándose cuando procede desmontarlo.

5. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el vástago (7) o la placa de sujeción de la pieza soporte (3) van acanalados por el interior, teniendo a su vez unos taladros (15) alrededor del tallo central inferior (14) de conexión del vástago (7) a la pieza soporte (3) en el punto donde sale el resalte central (4); comunicando dichos taladros (15) el canal interior (13) del vástago con el espacio ocupado por la lámina reflectiva; y estando conectado el canal interior (13) con la atmósfera libre a través de las bocas (16) de tubos acanalados (17) que se prolongan en dirección contraria a la del canal interior del vástago (7) o la placa de sujeción, en forma de laberinto.

6. Espejo estructurado reflector de radiaciones intensas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. caracterizado por que la lámina reflectiva (2) se prolonga lateralmente, más allá de las dimensiones de la cubierta transparente (1) y de la pieza soporte (3), en las zonas donde no hay resaltes periféricos (5), que no ocupan todo lo largo de la periferia de la pieza soporte (3), sino sólo las posiciones donde se ubican las pinzas de fleje (6), sobresaliendo una parte (18) de la lámina (2), que queda plegada bajo la caperuza vierteaguas (11).