COLECTOR SOLAR CILINDRO-PARABÓLICO EQUILIBRADO EN EL VOLUMEN DE SOMBRA.

Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra. Sector de la técnica La invención se encuadra en el campo de los colectores de energía solar térmica mediante concentración cilindroparabólica de la radiación originaria, que se enfoca sobre un tubo de superficie absorbente de la radiación, por dentro del cual circula un fluido calorífero que transporta el calor solar absorbido hasta un fin útil, como puede ser un ciclo termodinámico. En estos colectores se concentra la radiación solar en un eje focal longitudinal, próximo y paralelo al cual se ubica el citado tubo absorbedor. Antecedentes de la invención Como antecedente genérico hay que señalar la central solar térmica SEGS de California (www.fplenergy.com/ portfolio/contents/segs_viii.shtml) y varios montajes existentes en la Plataforma Solar de Almería (www.psa.es) así como en centrales en construcción en España (Andasol, www.flagsol.com/andasol), que usan colectores que giran sobre su eje longitudinal de sujeción, que habitualmente está muy próximo al ápice de la parábola (en cada sección recta) y por lo general coincide, en cada sección recta, con el centro de gravedad de dicha sección. Esta disposición provoca que el tubo se desplace en un movimiento giratorio de traslación respecto del eje de sujeción del conjunto, a medida que todo el cilindro parabólico ha de girar para estar siempre orientado al sol, de tal modo que los rayos de éste sean reflejados hacia el eje focal del cilindro parabólico. Dicho giro de traslación del tubo (asociado al del cilindro en un todo) comporta un problema: debe, disponerse de un acoplamiento rotativo desde los extremos del tubo absorbedor a los tubos fijos de conexión con la instalación de conversión de energía. Ello se hace actualmente mediante un tubo radial, que va de la línea del eje de sujeción al eje focal, o viceversa (según entre o salga el fluido del colector), teniendo que estar dicho tubo radial conectado al tubo del eje focal mediante una pieza tubular en forma de codo, que en su extremo horizontal tiene una junta rotativa para conectar con el tubo del eje parabólico. A su vez, una pieza en codo similar, con junta rotativa, hace falta para conectar el tubo radial con el tubo fijo que conecta con la instalación fija. En las patentes norteamericanas 4,243,019 y 4,515,148 se propone, con montajes diferentes, el uso de un tubo fijo para absorber la radiación solar concentrada, coincidiendo el eje de giro con el eje central del tubo, pero en ambos casos el conjunto del espejo parabólico y su estructura soporte ha de girar en torno a dicho eje de manera muy excéntrica, pues el centro de gravedad de cada sección recta de dicho conjunto giratorio está muy alejado del eje de giro; lo cual provoca importantes pares de vuelco en la estructura, y dificultades de enfoque, lo que ha motivado que esos colectores no hayan llegado a su comercialización, como sí han llegado los colectores equilibrados en masa, pero que necesitan juntas rotativas por no coincidir el eje del tubo con el eje de giro. Usualmente, el tubo absorbedor va recubierto de un cilindro de material transparente, típicamente vidrio, y entre ambos tubos se hace el vacío para minimizar las pérdidas térmicas. Como el tubo transparente no tiene buenas propiedades mecánicas a la flexión, no se puede hacer de longitud muy larga, siendo habitualmente de 4 metros, para los vidrios usados a tal fin. Cada 4 metros, ambos tubos, el metálico interior y el exterior de vidrio, se sueldan entre sí mediante un fleje con forma de corona circular plegada, con objeto de mantener el citado vacío. Eso constituye un módulo de tubo absorbedor, y los tubos se empalman módulo tras otro mediante soldadura del tubo metálico, que en esa zona es aislado térmicamente. En las uniones entre módulos consecutivos de tubo se ubican los soportes del tubo, bien de manera rígida sobre la propia estructura del espejo parabólico, en el caso convencional, bien sobre los pilares de apoyo a través del juego de giro que proporciona un cojinete, en los modelos antedichos de colector con tubo fijo de las patentes norteamericanas 4,243,019 y 4,515,148, que sin embargo no tienen estructuras equilibradas. El problema a resolver, pues, es encontrar un montaje en el cual el tubo del fluido calorífero esté fijo, siempre en el eje focal o en inmediata cercanía y paralelo a él, y que el eje de giro coincida con el eje del tubo, que recibirá la radiación solar reflejada desde un espejo parabólico con un sistema de soporte longitudinal y transversal que, en su conjunto, esté equilibrados en cada sección recta, es decir, su centro de gravedad coincida con el centro de giro en dicha sección recta, y que el equilibrio de masas se consiga sin merma de rigidez mecánica que dificultara el enfoque del colector. Descripción de la invención La invención consiste en configurar el colector cilindro-parabólico de reflexión simple, con tubo absorbedor fijo, y equilibrado en masa, mediante aplicación de las innovaciones que consisten en: - un sistema de sustentación del espejo cilindro-parabólico que consta de una estructura en cercha, o viga triangulada, longitudinal, que se sitúa en el volumen de sombra del tubo sobre la parábola, aprovechando esa zona inhábil de la concentración óptica, siendo solidaria dicha estructura en cercha longitudinal con un brazo estructural inferior radial en cada uno de sus extremos longitudinales, estando unido cada brazo, en cada extremo, con el cilindro hueco que hace descansar toda la estructura sobre el pilar que se enraíza firme en el terreno; saliendo transversalmente de la cercha longitudinal antedicha, por debajo del espejo, unas estructuras trans- 2 ES 2 355 228 A1 versales o cuadernas, que a su vez van arriostradas longitudinalmente por larguerillos, soportando todo ello, rígidamente, a los mosaicos de los que se compone el espejo parabólico; consiguiendo con dicha estructura de cercha longitudinal que el armazón de soporte tenga gran rigidez, y que haya menos separación entre el centro de gravedad de la estructura soporte del espejo y el centro de giro del mismo, que coincide con el centro del tubo absorbedor; y girando el conjunto de elementos antedichos, solidarios con el cilindro hueco, en la rotación de éste sobre el eje de giro, que es el eje axial del tubo, y a su vez coincide con la recta virtual de unión de los centros de los ojales de los pilares de soporte del conjunto en el terreno; - unos tirantes transversales que parten del travesaño superior de la cercha longitudinal, y van simétricamente a ensamblarse con larguerillos y cuadernas así mismo simétricas, disponiéndose estos pares de tirantes con cierta separación longitudinal entre ellos; - un sistema de equilibrado en masas, que consta de un contrapeso longitudinal por encima del tubo absorbedor, en el sentido de llegada de la radiación solar, y por tanto en oposición diametral a la cercha longitudinal antedicha, consistiendo dicho contrapeso en una viga o elemento similar, de anchura igual al diámetro del cilindro transparente que envuelve al tubo absorbedor, estando soportada dicha viga longitudinal, en cada uno de sus extremos, en un brazo estructural superior, diametralmente opuesto al brazo estructural soporte de la cercha longitudinal, siendo solidarios ambos brazos con el cilindro hueco de apoyo del conjunto estructural sobre el pilar maestro de soporte en el suelo; estando definida la masa de la viga contrapeso, por unidad de longitud, de tal modo que se equilibra, en cada sección recta, con el peso que pende de los brazos estructurales inferiores que sujetan la cercha longitudinal y resto del armazón más el espejo, de tal manera que el producto de la masa total, por unidad de longitud, suspendida del armazón inferior, multiplicada por la distancia de su centro de gravedad al eje de giro, sea igual en valor absoluto al producto de la masa total, por unidad de longitud, soportada por el armazón superior de la viga-contrapeso, por la distancia de su centro de gravedad al eje de giro; siendo la masa total suspendida del armazón inferior la que comprende a la cercha longitudinal descrita anteriormente, con sus cuadernas, larguerillos y los mosaicos especulares y toda parte estructural solidaria con dicho armazón; y siendo la masa total soportada del armazón superior la de la viga contrapeso que está justo en posición diametralmente contraria a la sombra originariamente proyectada por el tubo absorbedor y su envoltura transparente; - un sistema de rigidización de los brazos radiales inferior y superior que consta de unos brazos asimismo radiales pero perpendiculares al eje de simetría del espejo y el colector, siendo solidarios estos brazos trasversales, por su extremo interior, por cada lado, con el cilindro hueco giratorio, y acabando dichos brazos en sendas piezas de unión rígida, en las...

1. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, basado en la concentración de radiación solar que se produce cuando ésta incide sobre un espejo cilindro-parabólico en dirección paralela al plano longitudinal de simetría del espejo, reflejándose la radiación hacia la línea focal longitudinal del espejo cilindro-parabólico, coaxialmente con la cual se dispone un tubo absorbedor de la radiación, que exteriormente al colector tendrá apoyos fijos en tierra que no son objeto de la invención, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de sustentación del espejo cilindro-parabólico (1) que consta de una estructura en cercha longitudinal (19) que se sitúa en el volumen de sombra (17) del tubo (7) sobre la parábola, siendo solidaria dicha estructura en cercha longitudinal con un brazo estructural inferior radial (23) en cada uno de sus extremos longitudinales, y estando cada brazo (23), en cada extremo, unido al correspondiente cilindro hueco (24) que hace descansar toda la estructura sobre el pilar (30) que se enraíza firme en el suelo, en cada extremo; saliendo transversalmente de la parte inferior (20) de la cercha longitudinal (19) antedicha, por debajo del espejo (1), unas estructuras transversales o cuadernas (21), que a su vez van arriostradas longitudinalmente por larguerillos (22), soportando todo ello, rígidamente, a los mosaicos de los que se compone la superficie parabólica del espejo (1); y girando el conjunto de elementos antedichos solidarios con el cilindro hueco (24) en la rotación de éste sobre el eje de giro, que es el eje axial del tubo (65), y a su vez coincide con la recta virtual (62) de unión de los centros de los ojales de los pilares (30) de soporte del conjunto en el terreno (64). 2. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicación primera, caracterizado porque el colector dispone de unos tirantes transversales (66) que parten del travesaño superior de la cercha longitudinal (19), y van simétricamente a ensamblarse con larguerillos (22) y cuadernas (21) así mismo simétricos, disponiéndose estos pares de tirantes con cierta separación longitudinal entre ellos. 3. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicación primera, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de equilibrado en masas, que consta de un contrapeso longitudinal (26) por encima del tubo absorbedor (7), en el sentido de llegada de la radiación solar, y por tanto en oposición diametral a la cercha longitudinal (19), consistiendo dicho contrapeso en una viga o elemento similar, de anchura igual al diámetro del cilindro transparente (10) que envuelve al tubo absorbedor (7), estando soportada dicha viga longitudinal, en cada uno de sus extremos, en un brazo estructural superior (25), diametralmente opuesto al brazo estructural inferior (23) soporte de la cercha longitudinal (19), siendo solidarios ambos brazos con el cilindro hueco (24) de apoyo del conjunto estructural sobre el pilar (30) de soporte en el terreno (64); estando definida la masa de la viga contrapeso, por unidad de longitud, de tal modo que se equilibra, en cada sección recta, con el peso que pende de los brazos estructurales inferiores que sujetan la cercha longitudinal (19) y resto del armazón más el espejo (1), de tal manera que el producto de la masa total suspendida, por unidad de longitud, del brazo radial inferior (23) multiplicada por la distancia de su centro de gravedad (60) al eje de giro (62), es igual en valor absoluto al producto de la masa total, por unidad de longitud, soportada por el brazo superior (25) de la viga-contrapeso (26) por la distancia de su centro de gravedad (61) al eje de giro (62); siendo la masa total suspendida del armazón inferior la que comprende a la cercha longitudinal descrita anteriormente, con sus cuadernas, larguerillos (22) y los mosaicos especulares y toda parte estructural solidaria con dicho armazón; y siendo la masa total soportada del armazón superior la de la viga contrapeso que está justo en posición diametralmente contraria a la sombra originariamente proyectada por el tubo absorbedor (7) y su envoltura transparente (10). 4. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a tercera, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de rigidización de los brazos radiales (23) y (25), que consta de unos brazos (76) asimismo radiales pero perpendiculares al eje de simetría (4) del espejo y el colector, siendo solidarios estos brazos trasversales, por su extremo interior, por cada lado, con el cilindro hueco giratorio (24), y acabando dichos brazos (76) en sendas piezas de unión rígida (77), en las cuales se ensamblan, desde la viga de contrapeso (26), unos brazos en rombo (78) y así mismo se ensamblan desde la parte inferior del brazo inferior (23) otros brazos en rombo (79), formando los brazos rómbicos (78) y (79) y los radiales, (23), (25) y (76), una estructura rígida. 5. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de soporte del tubo absorbedor (7), que en la zona del colector se apoya en el larguero longitudinal superior (28) de la estructura en cercha longitudinal (19), merced a unas abrazaderascorrederas (27) con bulón rodante (69) que deslizan sobre dicho larguero en función de dilataciones y contracciones del tubo (7), y abrazan a éste de forma rígida transversalmente merced a una horquilla inferior (73) que abraza a su vez al larguero (28), efectuando dicho abrazo en la zona de unión soldada entre módulos consecutivos de tubo, teniendo las abrazaderas del tubo, interiormente, un cojinete de rodamientos (35) que habilita el giro entre la abrazadera y el aislante (36) que rodea al tubo en dichas uniones. 6. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a cuarta, caracterizado porque el colector dispone de una variante del sistema de soporte del tubo absorbedor de la radiación, independiente de la estructura en cercha longitudinal (19), y consistente en una viga longitudinal (67) que corre por debajo del tubo (7), y en general tiene forma de cercha o celosía, y está fijamente apoyada en unos pilares (70) existentes en los extremos del colector, enraizados en el terreno (64), siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares maestros (30) de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo, pasando la viga longitudinal (67) de soporte del tubo por dentro del ojal formado por el hueco del cilindro rotatorio en el 14 ES 2 355 228 A1 que se asientan los armazones antedichos; y asentándose el tubo absorbedor sobre la viga longitudinal de soporte, en disposición transversalmente rígida por el abrazo de la horquilla inferior (72) de la abrazadera-corredera (68) sobre el filete superior de la viga (67), abrazando así mismo la abrazadera al tubo (7) por la zona de la unión soldada entre módulos consecutivos, siendo la abrazadera longitudinalmente deslizante merced al bulón superior (69) que desliza sobre la cara superior de la viga de soporte, ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales del tubo (7), según variaciones de temperatura. 7. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a cuarta, caracterizado porque el colector dispone de una segunda variante del sistema de soporte fijo del tubo absorbedor de la radiación, consistente en una viga longitudinal cenital fija (40) apoyada en unos pilares (51), enraizados en el terreno (64), existentes en los extremos del colector, siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares (30) de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo, pasando la viga longitudinal cenital (40) por dentro del ojal (31) formado por el hueco del cilindro rotatorio (24) en el que se asientan los armazones antedichos a través de los brazos radiales 23 y 25; y colgando el tubo absorbedor (7) de la viga longitudinal cenital (40), en disposición transversalmente rígida por el abrazo de las pletinas (42) de las que pende, pero longitudinalmente deslizante merced al bulón (56) superior que desliza sobre la cara superior de la viga cenital (40), ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales del tubo (7), según variaciones de temperatura, y abrazando las pletinas (42) al tubo absorbedor por la zona de unión soldada entre tramos sucesivos de tubo (7). 8. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de sustentación con varios componentes en cada extremo, cuya estructura principal es un pilar maestro (30), con una cara al extremo longitudinal del colector cilindro-parabólico, teniendo dicha pilar (30) un agujero cilíndrico u ojal (31) en el que descansa un cojinete de bolas o de rodillos (29), sobre el que se asienta el cilindro hueco (24) que es solidario en su cara exterior con los brazos estructurales inferior (23) y superior (24), que radialmente sustentan, respectivamente, la estructura de cercha longitudinal (19) y cuadernas (21) y larguerillos (22) en la que se asienta el conjunto de mosaicos especulares cilindro-parabólicos, y la viga de contrapeso (26). 9. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un mecanismo de giro del cilindro hueco (24) y de todo lo solidario a él, compuesto por una rueda dentada (32) concéntrica y solidaria al cilindro hueco, engranada a un tornillo sinfín (33) gobernado por un motor (34), y que se halla más afuera del pilar maestro (30), que a su vez está unido al siguiente pilar maestro del colector consecutivo, si éste existe, mediante una traviesa superior, estando en tal caso también unidos entre sí los cilindros huecos (24) de los pilares (30) consecutivos. 10. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior (70), solidario, por la traviesa superior (53), con la estructura del pilar maestro (30), teniendo el pilar interior una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor longitudinalmente y para dar base de apoyo (71) en la que asienta la viga longitudinal inferior (67) que soporta al tubo absorbedor (7) en la modalidad de montaje con tubo fijo no vinculado a la estructura en cercha longitudinal (19). 11. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior (51), solidario, por la traviesa superior (53), con la estructura del pilar maestro (30), teniendo el pilar interior (51) una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor (7) longitudinalmente, y otra oquedad superior (52) con forma cuadrangular, con base de apoyo en la que asienta la viga fija longitudinal cenital (40) de la que pende el tubo absorbedor (7) en la segunda variante de soporte fijo del tubo. 12. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el espacio entre pilares maestros (30), en caso de colectores sucesivos, para las variantes de tubo (7) solidario a vigas fijas, inferior (67) o superior (49), se dispone una estructura con dos ruedas dentadas (46) unidas al mismo eje (47), engranadas ambas ruedas en sendas superficies dentadas (45) de la cara externa del extremo interior del cilindro hueco (24) del que penden las estructuras del armazón del colector, teniendo una de las ruedas (46) engranado a su vez un tornillo sinfín (49) que hace girar el conjunto en función del enfoque al sol por la acción del motor (50); siendo el eje (47) de las dos ruedas dentadas (46) paralelo al tubo absorbedor (7), y estando encastrado en sus extremos en sendos rodamientos (48) embebidos en las caras internas de los pilares consecutivos. 13. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se dispone una lira (63) de dilatación/contracción del tubo absorbedor, en el tramo entre pilares maestros (30) de colectores consecutivos. 14. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de un espejo plano transversal (37), situado en el extremo longitudinal de cada tramo de colector, siendo el espejo (37) de carácter semicircular pero de perímetro parabólico, y siendo solidario al brazo estructural inferior (23) en el que se soporta la cercha longitudinal (19) y el resto de su armazón más el espejo (1), girando el espejo (37) con dicho brazo (23) en su rotación sobre el centro de giro (62), existiendo este espejo (37) en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y ES 2 355 228 A1 estando el espejo en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo. 15. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de un espejo plano transversal (43) situado en el extremo longitudinal de cada tramo de colector, que cubre la zona que queda libre en la sección recta del cilindro hueco (24) en el que se soportan las estructuras superior e inferior del armazón a través de los brazos 25 y 23, siendo solidario este espejo transversal (43) con la viga longitudinal fija, bien inferior (67) ó bien superior (40) que sustenta al tubo absorbedor (7), existiendo este espejo (43) en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y estando en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo. 16 ES 2 355 228 A1 17 ES 2 355 228 A1 18 ES 2 355 228 A1 19 ES 2 355 228 A1 ES 2 355 228 A1 21 ES 2 355 228 A1 22 ES 2 355 228 A1 23 ES 2 355 228 A1 24 ES 2 355 228 A1 ES 2 355 228 A1 26 ES 2 355 228 A1 27 ES 2 355 228 A1 28 ES 2 355 228 A1 29 ES 2 355 228 A1 ES 2 355 228 A1 31 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA