Un sistema de calentamiento para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial incluye al menos un depósito de gas conectado por medio de un fluido a través de un tubo de suministro de gas a un primer catalizador.

Una primera zona de calentamiento de tubo está conectada por medio de un fluido a través de un primer tubo de gas caliente al primer catalizador. La primera zona de calentamiento de tubo tiene al menos un conducto que se extiende a lo largo de una primera parte del tubo de fluido, en contacto térmico con el tubo de fluido.

Sistema de calentamiento de gas caliente catalizado para tubos.

La presente invención se refiere a sistemas colectores de energía térmica, y en particular, al calentamiento de un medio de acumulación fundido usado en sistemas colectores de energía térmica.

ANTECEDENTES

En todo el mundo existe una demanda creciente de energía, que normalmente se proporciona mediante combustibles fósiles tales como petróleo y carbón. Adicionalmente, debido a la escasez y a los efectos medioambientales adversos de los combustibles fósiles, las fuentes de energía renovables, más limpias están volviéndose cada vez más deseables. A medida que avanza la tecnología, las fuentes de combustible alternativas están volviéndose prácticas para reemplazar, o al menos aumentar, las plantas de energía convencionales para satisfacer la demanda de energía mundial de manera limpia. En particular, la energía solar está libremente disponible y está volviéndose más factible, especialmente en forma de energía solar concentrada, lo que permite una acumulación de energía y puede adaptarse para la producción comercial.

Los sistemas de generación de energía solar concentrada comprenden normalmente colectores solares que dirigen los rayos solares sobre un medio de transferencia de calor tal como una sal fundida. Por ejemplo, las torres de energía solar usan una disposición de miles de helióstatos para concentrar energía en un receptor central elevado a través del que fluye sal fundida dentro de numerosos tubos. En los sistemas de concentradores solares, la sal fundida fluye a través de tramos extendidos de tuberías que están envueltos por concentradores colectores solares que concentran energía a lo largo de los tramos de los tubos. El calor procedente de la energía solar se transfiere a la sal fundida y a continuación, a través de un intercambiador de calor, a otro medio, tal como aire o agua, que luego se usa para generar energía mecánica que finalmente se convierte en energía eléctrica. La sal fundida acumula de manera eficaz el calor procedente de la energía solar durante periodos de tiempo prolongados de modo que la energía eléctrica puede generarse de noche o durante otros periodos en los que se ha captado poca energía solar.

Las sales fundidas pueden solidificarse si se enfrían por debajo de una determinada temperatura. Por consiguiente, los tubos y depósitos que contienen la sal fundida están envueltos normalmente en elementos de calentamiento con trazas eléctricas (hilos de resistencia eléctrica) . Sin embargo, el calentamiento con trazas eléctricas puede ser relativamente caro, aumentando el coste total de la producción de energía. Además, el calentamiento con trazas eléctricas puede tender a fallos, provocando un cierre de todo el sistema de generación de energía solar para su mantenimiento. Por tanto, existe la necesidad de mejorar el calentamiento de tubos y depósitos para el medio de transferencia de calor en un sistema de generación de energía solar.

SUMARIO

Según la presente invención, un sistema de calentamiento para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial incluye al menos un depósito de gas conectado mediante fluido a un primer catalizador a través de un tubo de suministro de gas. Una primera zona de calentamiento de tubo está conectada mediante fluido al primer catalizador a través de un primer tubo de gas caliente. La primera zona de calentamiento de tubo tiene al menos un conducto que se extiende a lo largo de una primera parte del tubo de fluido, en contacto térmico con el tubo de fluido. También se prevé un método de calentamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de generación de energía solar concentrada que tiene un sistema de calentamiento de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático de una primera realización de una parte del sistema de calentamiento de la figura 1.

La figura 3 es un diagrama esquemático de una segunda realización de una parte del sistema de calentamiento de la figura 1.

La figura 4 es un diagrama esquemático de una tercera realización de una parte del sistema de calentamiento de la figura 1.

La figura 5 es un diagrama esquemático de una cuarta realización de una parte del sistema de calentamiento de la figura 1.

La figura 6 es un diagrama esquemático de una quinta realización de una parte del sistema de calentamiento de la figura 1.

La figura 7A es una vista en sección de una primera realización de una zona de calentamiento de tubo a lo largo de la sección 7A-7A de la figura 2.

La figura 7B es una vista en sección de una segunda realización de la zona de calentamiento de tubo a lo largo de la sección 7B-7B de la figura 2.

La figura 7C es una vista en sección de una tercera realización de la zona de calentamiento de tubo a lo largo de la sección 7C-7C de la figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

En general, la presente invención incluye un sistema de calentamiento para calentar un medio de transferencia de calor en un sistema de generación de energía solar concentrada. El sistema de calentamiento incluye catalizadores colocados cerca de diversas partes del sistema de generación de energía solar que pueden contener el medio de transferencia de calor. Se sopla una mezcla de combustible y aire a través de los catalizadores, reacciona y crea calor que a continuación se transfiere a las diversas partes y finalmente al medio de transferencia de calor.

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema 10 de generación de energía solar concentrada que tiene un sistema 12 de calentamiento de la presente invención. En la realización mostrada, el sistema 10 de generación de energía comprende un sistema de torres de energía que tiene un sistema 14 colector solar, un receptor 16 central, una torre 18, un depósito 20 de almacenamiento en frío, un depósito 22 de almacenamiento en caliente, un intercambiador 24 de calor, un generador 26, bombas 28A, 28B y 28C y tubos 30A, 30B, 30C y 30D. En otras realizaciones, el sistema 10 de generación de energía puede comprender un sistema de generación de energía solar con transmisión hacia abajo (beam down) o un sistema de generación de energía solar de concentrador parabólico. El sistema 14 colector solar y el receptor 16 central trasmiten calor desde el sol hacia un medio de transferencia de calor fundido contenido en los depósitos 20 y 22 de almacenamiento de modo que la energía térmica puede convertirse en energía eléctrica usando el intercambiador 24 de calor y el sistema 26 de conversión.

El sistema 14 colector solar comprende una disposición de espejos de seguimiento solar, o helióstatos, que concentran los rayos solares en el receptor 16 central para calentar un medio de transferencia de calor ubicado dentro de los tubos 30A-30D. En una realización, aproximadamente 8.500 helióstatos, teniendo cada uno un área de superficie de aproximadamente 42 m2 (metros cuadrados) a aproximadamente 150 m2, están dispuestos concéntricamente alrededor de una torre, que tiene una altura de aproximadamente 170 metros, para cubrir un área de aproximadamente 1 a 2 millas (de º2, 59 a 5, 18 kilómetros cuadrados) . El medio de transferencia de calor comprende normalmente sal fundida que se mantiene en un estado fundido entre aproximadamente 500º F (º260º C) y 1200º F (º648, 9º C) de modo que permanece líquido. A través del tubo 30A, la bomba 28A dirige un medio de transferencia de calor frío desde el depósito 20 de almacenamiento en frío hacia una pluralidad de conducciones dentro de un receptor 16 central por lo que el calor desde los rayos solares concentrados se transmite al medio de transferencia de calor. A través del tubo 30B, la bomba 28B dirige el medio de transferencia de calor calentado desde el receptor 16 hasta el depósito 22 de almacenamiento en caliente en el que se almacena en un estado listo para producir energía con el intercambiador 24 de calor. Cuando se desea producir energía, el medio de transferencia de calor calentado se encamina a través del tubo 30C mediante la bomba 28C desde el depósito 22 de almacenamiento en caliente hasta el intercambiador 24 de calor en el que el calor se introduce en el sistema 26 de conversión. El sistema 26 de conversión puede comprender cualquier sistema convencional que convierta energía térmica en energía mecánica, tal como los sistemas de ciclo Brayton o de ciclo Rankine....

1. Sistema de calentamiento para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial, comprendiendo el sistema de calentamiento:

al menos un depósito de gas;

un primer catalizador conectado por medio de un fluido a través de un tubo de suministro de gas al al menos un depósito de gas; y una primera zona de calentamiento de tubo conectada por medio de un fluido a través de un primer tubo de gas caliente al primer catalizador, en el que la primera zona de calentamiento de tubo comprende al menos un conducto que se extiende a lo largo de una primera parte del tubo de fluido, en contacto térmico con el tubo de fluido.

2. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1 y que comprende además:

un medio de transferencia de calor colocado dentro del tubo de fluido.

3. Sistema de calentamiento según la reivindicación 2, en el que el medio de transferencia de calor comprende una sal fundida.

4. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el sistema de proceso industrial comprende un sistema de generación de energía solar concentrada.

5. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un depósito de gas comprende un depósito de gas para contener Tridyne.

6. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un depósito de gas comprende un primer depósito de gas para contener aire y un segundo depósito de gas para contener combustible seleccionado de un grupo que consiste en hidrógeno y metano.

7. Sistema de calentamiento según la reivindicación 6 y que comprende además:

al menos una válvula entre el primer depósito, el segundo depósito y el primer catalizador.

8. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto transcurre en espiral alrededor del tubo de fluido.

9. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto comprende una pluralidad de conductos distanciados sustancialmente de manera simétrica alrededor del tubo de fluido, y en el que cada uno de la pluralidad de conductos está en contacto térmico con el tubo de fluido.

10. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto es físicamente adyacente a la primera parte del tubo de fluido.

11. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto comprende al menos un tubo físicamente adyacente a un patín termoconductor que es físicamente adyacente a la primera parte del tubo de fluido.

12. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto comprende un conducto anular concéntrico con el tubo de fluido, en el que una superficie externa del tubo de fluido coincide con una superficie interna del conducto anular.

13. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1 y que comprende además:

una capa de aislamiento que cubre la primera zona de calentamiento de tubo y el tubo de fluido.

14. Sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en el que el primer catalizador está colocado relativamente cerca de la primera zona de calentamiento de tubo, comprendiendo además el sistema de calentamiento:

un segundo catalizador conectado por medio de un fluido al al menos un depósito de gas y colocado relativamente cerca de una segunda zona de calentamiento de tubo, en el que la segunda zona de calentamiento de tubo comprende al menos un conducto que se extiende a lo largo de una segunda parte del tubo de fluido, en contacto térmico con el tubo de fluido; y un tercer catalizador conectado por medio de un fluido al al menos un depósito de gas y colocado relativamente cerca de una tercera zona de calentamiento de tubo, en el que la tercera zona de calentamiento de tubo comprende al menos un conducto que se extiende a lo largo de una tercera parte del tubo de fluido, en contacto térmico con el tubo de fluido.

15. Método para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial, comprendiendo el método: hacer fluir una mezcla gaseosa a través de un lecho catalizador;

catalizar la mezcla gaseosa para crear un gas caliente; hacer fluir el gas caliente a través de al menos un conducto en contacto térmico con el tubo de fluido; y hacer fluir un fluido a través del tubo de fluido.

16. Método según la reivindicación 15 y que comprende además:

hacer fluir el fluido hacia un receptor solar para absorber rayos solares. 10 17. Método según la reivindicación 15, en el que el fluido comprende una sal fundida.

18. Método según la reivindicación 15, en el que el conducto es adyacente al tubo de fluido.

19. Método según la reivindicación 15 y que comprende además:

mezclar un combustible desde un primer depósito con aire desde un segundo depósito para crear la mezcla gaseosa, en el que el combustible se selecciona de un grupo que consiste en hidrógeno y metano.

20. Método según la reivindicación 15, en el que el gas caliente fluye a través del al menos un conducto en lados sustancialmente opuestos del tubo de fluido.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200902349

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 16.12.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional DOCUMENTOS RELEVANTES

3. 38; figuras 2-3. A 3, 17 Y US 3782452 A (CEPLON P) 01.01.1974, 8-11, 13, 18, 20 columna 1, líneas 6-19; columna 1, línea 65 - columna 2, línea 58; figuras. Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº : Fecha de realización del informe 28.02.2012 Examinador A. Hoces Diez Página 1/5

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200902349

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD

F24H1/00 (2006.01) F23C13/00 (2006.01) F01K3/18 (2006.01) F16L53/00 (2006.01)

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F24H, F23C, F01K, F16L

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)

INVENES, EPODOC

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200902349

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 28.02.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200902349

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La solicitud nacional de patente presenta dos reivindicaciones independientes: -la reivindicación 1 se refiere a un sistema de calentamiento para calentar un tubo de fluido; -la reivindicación 15 se refiere a un método para calentar un tubo de fluido.

El documento D01, que puede considerarse el estado de la técnica más cercano al objeto técnico de la reivindicación 1 y al que pertenecen las referencias numéricas que siguen, divulga un sistema de calentamiento para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial, que presenta: al menos un depósito de gas (9) ; un primer catalizador (8) conectado por medio de un fluido a través de un tubo de suministro de gas a al menos un depósito de gas (9) ; y una primera zona de calentamiento de tubo conectada por medio de un fluido a través de un primer tubo de gas caliente al primer catalizador, en el que la primera zona de calentamiento de tubo comprende al menos un conducto (6) que se extiende a lo largo de una primera parte del tubo de fluido (5) , en contacto térmico con el tubo de fluido. Por tanto, la reivindicación 1 carece de novedad en base a lo divulgado en el documento D01 (Art. 6.1 LP 11/1986) .

Respecto a las reivindicaciones dependientes 2, 6, 7 y 12, el documento D01divulga idénticamente las características técnicas descritas en las mismas (ver párrafos [0010], [0012], figuras 2 y 1 respectivamente) y, por tanto, carecen de novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 3, el hecho de utilizar sal fundida como medio de transferencia se considera una opción de diseño conocida en el estado de la técnica (ver documento D02, columna 3, línea 34) y, por tanto, carece de actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 4, el documento D02 divulga un sistema de calentamiento que utiliza un quemador de amoniaco para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso, en el que el sistema de proceso industrial comprende un sistema de generación de energía solar. El hecho de que sea energía solar concentrada se considera una elección de diseño ampliamente conocida en el campo de la tecnología solar. Para un experto en la materia sería evidente el considerar de forma conjunta los documentos D01 y D02 para llegar al objeto reivindicado en la reivindicación 4. Por tanto, la reivindicación 4 carece de actividad inventiva en base a lo divulgado en los documentos D01 y D02 (Art. 8.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 5, el hecho de utilizar Tridyne en el depósito de gas es simplemente una de las varias posibilidades evidentes que un experto en la materia seleccionaría según las circunstancias, sin el ejercicio de actividad inventiva, para resolver el problema planteado.

Respecto a las reivindicaciones dependientes 8 a 11 y 13, el documento D03, al que pertenecen las referencias numéricas que siguen, divulga un sistema de calentamiento de tuberías en el que la zona de calentamiento de tubo comprende al menos un conducto (14) que se extiende a lo largo de un tubo de fluido (12) , en contacto térmico con el tubo de fluido, y en el que al menos el conducto (14) transcurre en espiral alrededor del tubo de fluido (ver columna 2, línea.

3. 31) ; una realización alternativa en la que al menos un conducto comprende una pluralidad de conductos (14, 42) distanciados sustancialmente de manera simétrica alrededor del tubo de fluido (ver figura 3) , y en la que cada uno de la pluralidad de conductos está en contacto térmico con el tubo de fluido (12) . El sistema de calentamiento tiene al menos un conducto (14) que es físicamente adyacente al tubo de fluido (12) y al menos un patín termoconductor (10, 44) que es físicamente adyacente al tubo de fluido (12) . Una capa de aislamiento (16) cubre la zona de calentamiento de tubo (14) y el tubo de fluido (12) . Para un experto en la materia sería evidente el considerar de forma conjunta los documentos D01 y D03 para llegar al objeto reivindicado en las reivindicaciones 8 a 11 y 13. Por tanto, las reivindicaciones 8 a 11 y 13, carecen de actividad inventiva en base a lo divulgado en los documentos D01 y D03 (Art. 8.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 14, las características de diseño descritas en la misma se consideran meras ejecuciones particulares obvias para un experto en la materia y, por tanto, carecen de actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986) .

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200902349

El documento D01, que puede considerarse el estado de la técnica más cercano al objeto técnico de la reivindicación 15 y al que pertenecen las referencias numéricas que siguen, divulga un método para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial, en el que se hace fluir una mezcla gaseosa a través de un lecho catalizador (8) ; se cataliza la mezcla gaseosa para crear un gas caliente; se hace fluir el gas caliente a través de al menos un conducto (6) en contacto térmico con el tubo de fluido (5) ; y se hace fluir un fluido a través del tubo de fluido. Para crear la mezcla gaseosa se mezcla un combustible, que se selecciona de un grupo que consiste en hidrógeno y metano, desde un primer depósito (10) con aire desde un segundo depósito (11) . Por tanto, las reivindicaciones 15 y 19 carecen de novedad en base a lo divulgado en el documento D01 (Art. 6.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 16, el documento D02 divulga un método de calentamiento para calentar un tubo de fluido en un sistema de proceso industrial que utiliza un quemador de amoniaco y que además hace fluir el fluido hacia un receptor solar para absorber rayos solares. Para un experto en la materia sería evidente el considerar de forma conjunta los documentos D01 y D02 para llegar al objeto reivindicado en la reivindicación 16. Por tanto, la reivindicación 16 carece de actividad inventiva en base a lo divulgado en los documentos D01 y D02 (Art. 8.1 LP 11/1986) .

Respecto a la reivindicación dependiente 17, el utilizar sal fundida como medio de transferencia se considera una opción de diseño conocida en el estado de la técnica (ver documento D02, columna 3, línea 34) y, por tanto, carece de actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986) .

Respecto a las reivindicaciones dependientes 18 y 20, el documento D03 divulga un sistema de calentamiento con un conducto (14) que transfiere calor a un tubo de fluido (12) adyacente (ver figura 1) . En una realización alternativa el gas caliente fluye a través de al menos un conducto (14, 42) en lados sustancialmente opuestos del tubo de fluido (12) (ver figura 3) . Para un experto en la materia sería evidente el considerar de forma conjunta los documentos D01 y D03 para llegar al objeto reivindicado en las reivindicaciones 18 y 20. Por tanto, las reivindicaciones 18 y 20, carecen de actividad inventiva en base a lo divulgado en los documentos D01 y D03 (Art. 8.1 LP 11/1986) .

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