UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE RECEPTOR SOLAR MONTADO EN EL TALLER.

Un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller que tiene una disposición de superficies de transferencia de calor y un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y mediante un fluido.

Una estructura de soporte vertical está prevista para soportar el separador vertical y las superficies de transferencia de calor. La estructura de soporte vertical está soportada por la parte inferior, mientras que el separador vertical de vapor/agua y las superficies de transferencia de calor del intercambiador de calor están soportados por la parte superior desde la estructura de soporte vertical. La estructura de soporte vertical proporciona soporte y rigidez estructurales para el intercambiador de calor y un medio por el que el intercambiador de calor y un medio por el que el intercambiador de calor puede ser recogido y levantado para su colocación en una posición deseada. Hay previsto un accesorio o dispositivo de fabricación/transporte/elevación que facilita la fabricación, el montaje, el transporte y la erección del intercambiador de calor desde el taller al campo. El accesorio soporta dos árboles de muñón o de giro unidos a la estructura de soporte del receptor. Unas orejetas de elevación estarían situadas en el extremo superior de la estructura de soporte. A la llegada al lugar de trabajo en el campo, una grúa levanta el receptor de intercambiador de calor a la vertical, haciéndolo girar alrededor del árbol de muñón sobre el accesorio, y a continuación levanta el receptor de intercambiador de calor para su colocación en una posición deseada.

UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE RECEPTOR SOLAR MONTADO EN EL TALLER REFERENCIA CRUZADA A LA APLICACIÓN RELACIONADA

El presente invento reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional Norteamericana para la Patente nº 61/197.169, presentada el 24 de Octubre de 2008, cuyo texto está incorporado aquí como referencia como si se hubiera descrito totalmente aquí. CAMPO Y ANTECEDENTES DEL INVENTO

El presente invento se refiere en general, al campo de la generación de energía y al diseño industrial de calderas, incluyendo calderas, generadores de vapor e intercambiadores de calor usados en la producción de vapor, tales como los usados para generar electricidad o los usados para aplicaciones industriales del vapor y, más particularmente, a un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller que tiene una estructura de soporte integral.

Un receptor solar es un componente primario de un sistema de generación de energía solar mediante el que la luz solar es usada como una fuente de calor para la producción de vapor de alta calidad que es usado para hacer girar un generador de turbina, y en último término generar electricidad. El receptor está permanentemente posicionado en la parte superior de una torre de soporte elevada que es posicionada estratégicamente en un campo de helióstatos, o espejos, que recogen rayos solares y reflejan esos rayos de nuevo a una pared o paredes objetivos en el receptor. Un receptor solar eficiente, compacto para tales sistemas que sea de diseño simple, de construcción robusta y económico de fabricar sería bien recibido en la industria. SUMARIO DEL INVENTO

Un aspecto del presente invento está dirigido a un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller para transferir energía calorífica desde el sol a un fluido de trabajo, tal como agua. El intercambiador de calor es usado para transformar al menos una parte del agua desde la fase líquida a vapor saturado o sobresaturado.

En particular, un aspecto del presente invento está dirigido a un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller que comprende: una disposición de superficies de transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y mediante fluido; y una estructura de soporte vertical en la parte superior que soporta el separador vertical de vapor/agua y las superficies de transferencia de calor.

El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller es colocado en la parte superior de una torre y usa la energía del sol para calentar el fluido de trabajo. Un campo heliostático de espejos situado en el suelo sigue automáticamente al sol, y refleja y concentra la energía luminosa al intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller. La insolación solar incidente calienta el fluido de trabajo, típicamente agua, para producir vapor saturado o sobresaturado que puede ser proporcionado a una turbina de vapor para generar electricidad.

Un dispositivo de separación vertical de vapor/agua, descrito en la Patente Norteamericana antes mencionada nº

6.336.429 de Wiener y col., es usado para separar el vapor de la mezcla vapor-agua. El separador vertical de vapor/agua está estructuralmente y mediante fluido conectado con las superficies de calentamiento del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller como parte de un diseño montado en el taller como se ha descrito aquí.

La estructura de soporte vertical es soportada por su parte inferior desde una base que está conectada a la torre. Se han previsto vigas de atirantar o riostras en la estructura de soporte vertical para proporcionar soporte lateral para la disposición de las superficies de transferencia de calor, que comprenden ventajosamente paneles de tubos tangentes sueltos, permitiendo al mismo tiempo la expansión térmica de los paneles de tubos tanto en las direcciones horizontal como vertical, eliminando por ello tensiones adicionales del tubo.

La estructura de soporte vertical y la base, vigas de atirantar y otros miembros estructurales no sólo proporcionan soporte y rigidez estructurales para el intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, sino también un medio por el que el intercambiador de calor puede ser recogido y levantado para su colocación en una posición deseada. La estructura permite que el conjunto completo del intercambiador de calor, del separador vertical de vapor/agua y de los paneles de tubos tangentes de la superficie de calentamiento sea montado en el taller, transportado, y a continuación levantado y ajustado sobre una torre como una unidad durante la instalación. La estructura de soporte vertical permanece con el intercambiador de calor de receptor solar, facilitando por ello (si es necesario) la retirada del intercambiador de calor de receptor solar de la torre si resultara deseable hacerlo.

El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller de acuerdo con el presente invento está comprendido ventajosamente de una disposición de superficies de transferencia de calor y conductos que transportan fluido, dispuestos de una manera particular para transferir una cantidad deseada de energía de calor al agua. Las superficies de transferencia de calor están ventajosamente constituidas de tubos dispuestos en paneles de tubos tangentes, y están provistas de cabezales de entrada y de salida según se requiera. Como es conocido por los expertos en la técnica, las superficies de transferencia de calor que transportan mezclas de vapor-agua se denominan corrientemente como superficies evaporadoras o de caldera; las superficies de transferencia de calor que transportan vapor a su través son denominadas corrientemente como superficies sobrecalentadoras (o recalentadoras, dependiendo de la configuración de turbina de vapor asociada) . Independientemente del tipo de superficie de calentamiento, los tamaños de los tubos, su material, el diámetro, el espesor de pared, el número y la disposición están basados en la temperatura y presión para servicio, de acuerdo con códigos de diseño de caldera aplicables, tales como el Código de Caldera y Recipiente de Presión de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) , Sección I, u otros códigos equivalentes según se requiera por ley. Las características requeridas de transferencia de calor, caída de presión, relaciones de circulación, tasas de absorción de manchas, caudales de masa del fluido de trabajo dentro de los tubos, etc., son también parámetros importantes que deben ser considerados. Dependiendo de la situación geográfica en la que ha de ser instalado el intercambiador de calor, las cargas sísmicas y códigos de diseño aplicables son también considerados.

En otro aspecto del invento, el montaje en taller, el transporte y la erección en campo son facilitados por un accesorio de fabricación/transporte/elevación que facilita la fabricación, el ensamblaje, el transporte y la erección del intercambiador de calor desde la fabricación en el taller hasta la instalación en el campo. El accesorio soporta dos árboles de muñón o de giro unidos a la estructura de soporte vertical del receptor solar. Las orejetas de elevación están situadas en el extremo superior de la estructura de soporte. A la llegada al lugar de instalación en el campo, una grúa levanta el receptor del intercambiador de calor a la vertical, pivotando sobre los árboles de muñón, y a continuación levanta el intercambiador de calor de receptor solar para situarlo en una posición deseada.

Más particularmente, otro aspecto del presente invento está dirigido a un accesorio para facilitar la fabricación, el montaje, el transporte y la erección de un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, que comprende: una base; y montantes o montantes previstos en un extremo de la base para aplicar árboles de muñón sobre el intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, permitiendo los montantes la rotación del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller alrededor de los árboles de muñón sobre los montantes desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de erección en campo del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller.

Las distintas características de novedad que caracterizan el invento están indicadas con particularidad en las reivindicaciones adjuntas y que forman parte de esta exposición. Estas y otras características del presente invento serán mejor comprendidas y sus ventajas serán más fácilmente apreciadas...

1ª. Un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller que comprende: una disposición de superficies de transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y mediante fluidos; y una parte superior de la estructura de soporte vertical que soporta el separador vertical de vapor/agua y las superficies de transferencia de calor.

2ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que la disposición de superficie de transferencia de calor comprende superficies evaporadoras y superficies de sobrecalentamiento.

3ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que la estructura de soporte vertical está interpuesta entre el separador vertical de vapor/agua y la disposición de superficies de transferencia de calor.

4ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que la disposición de superficies de transferencia de calor comprende paneles de tubos tangentes sueltos y hay previstas vigas de atirantar frías sobre la estructura de soporte vertical para proporcionar soporte lateral para los paneles de tubos al tiempo que permiten la expansión térmica sin restricciones de los paneles de tubos tanto en la dirección horizontal como vertical, eliminando por ello las tensiones adicionales en los tubos.

5ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, según la reivindicación 1ª, en el que la disposición de superficies de transferencia de calor comprende paneles de tubos tangentes sueltos provistos de cabezales en sus extremos superior e inferior.

6ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, según la reivindicación 5ª, que comprende pantallas para el calor previstas para apantallar los extremos superior e inferior de los paneles de tubos tangentes sueltos y sus cabezales asociados.

7ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, según la reivindicación 1ª, en el que cada lado del intercambiador de calor de receptor solar comprende al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos sobrecalentador.

8ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, según la reivindicación 1ª, en el que los paneles de tubos sobrecalentadores en al menos dos lados del intercambiador de calor de receptor solar se encuentran para formar una primera esquina.

9ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, según la reivindicación 8ª, en el que los paneles de tubos sobrecalentadores que forman una segunda esquina opuesta a dicha primera esquina comprenden paneles sobrecalentadores secundarios.

10ª-El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 2ª, que comprende varios paneles de superficies evaporadoras todos de una primera configuración y varios paneles de superficies sobrecalentadoras todos de una segunda configuración.

11ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que el separador vertical de vapor/agua comprende dispuestos tangencialmente, conexiones de tubos ascendentes de boquilla de entrada inclinados hacia abajo para impartir un giro hacia abajo sobre mezclas de vapor/agua entrantes para iniciar la retirada de humedad, y una placa perforada interna, separador y bandeja seca para la extracción de humedad final.

12ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 4ª, que comprende barras festoneadas y espigas y pinzas de tubo que interconectan los paneles de tubos y las vigas de atirantar frías para reducir las tensiones causadas por la expansión térmica diferencial.

13ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 7ª, en el que al menos un panel sobrecalentador comprende un cabezal superior y un cabezal inferior, teniendo cada cabezal una placa de diafragma dividida comprendida de dos placas de diafragma semicirculares para proporcionar un panel sobrecalentador de múltiples pasos.

14ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 5ª, en el que los paneles de tubos comprenden aislamiento y calorifugado previstos por detrás de los paneles de tubos y barreras de luz interpuestas entre la parte posterior de los paneles y el aislamiento y calorifugado para proteger el aislamiento, calorifugado y estructura de soporte de la lluvia y de la exposición a la luz que pueden pasar a través de espacios existentes entre los tubos tangentes sueltos que forman los paneles de tubos.

15ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que el intercambiador de calor está diseñado para circulación natural y no requiere una bomba de circulación.

16ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que el intercambiador de calor está provisto de al menos una bomba de circulación para proporcionar circulación asistida o circulación bombeada.

17ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, que comprende árboles de muñón o de giro unidos a la estructura de soporte vertical, los árboles de muñón para aplicarse a montantes en una fijación durante el transporte del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller para soportar el mismo y para permitir la rotación del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller sobre los montantes desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de erección en campo del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller.

18ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que la disposición de superficies de transferencia de calor comprende superficies evaporadoras y en el que el separador vertical de vapor/agua está provisto con conexiones de boquilla de tubos ascendentes situadas para impedir el flujo hacia atrás del agua desde las superficies evaporadoras al separador vertical de vapor/agua durante una parada.

19ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 1ª, en el que las superficies de transferencia de calor están comprendidas de paneles de tubos tangentes sueltos conectados a cabezales y soportados desde la estructura de soporte vertical de modo que acomoden diferenciales de temperatura de tubo a tubo así como la expansión térmica media de los paneles de tubos como un todo.

20ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 19ª, en el que los diferenciales de temperatura de tubo a tubo son acomodados previendo orejetas de tubos soldados circunferencialmente de modo parcial sobre los tubos situados en alturas desplazadas cada uno de los cuales proporciona dos posiciones de soporte con espigas a un conjunto de barra colectora que permite que (n+1) espigas situadas entre medias soporten un panel de tubos tangentes que tiene n tubos desde la estructura de soporte vertical.

21ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 19ª, en el que la expansión térmica media de los paneles de tubos como un todo es acomodada por barras de enlace giratorias unidas al conjunto de barra colectora y a la estructura de soporte vertical.

22ª. El intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller según la reivindicación 19ª, que comprende guías de tope fijadas a un centro del conjunto de barra colectora y un tope en voladizo unido a la estructura de soporte vertical que proporciona un punto de anclaje situado centralmente para expansión térmica y permite que fuerzas que actúan sobre cada tubo en una dirección axial del cabezal sean soportadas eficientemente por la estructura de soporte vertical al tiempo que permiten expansiones térmicas del panel de tubos.

23ª. En combinación con un intercambiador de calor comprendido de paneles de tubos tangente sueltos conectados a cabezales y soportados desde una estructura de soporte, un sistema de soporte para acomodar los diferenciales de temperatura de tubo a tubo así como la expansión térmica media de los paneles de tubos como un todo, que comprende: orejetas de tubos soldadas circunferencialmente sobre los tubos situados en alturas desplazadas cada una de las cuales proporciona dos posiciones de soporte con espigas a un conjunto de barra colectora que permite que (n+1) espigas situadas entre medias soporten un panel de tubos tangentes que tiene n tubos desde la estructura de soporte vertical, y barras de enlace giratorias unidas al conjunto de barra colectora y a la estructura de soporte vertical.

24ª. El sistema de soporte según la reivindicación 23ª, que comprende guías de topes fijadas a un centro del conjunto de barras colectoras y un tope en voladizo unido a la estructura de soporte vertical que proporciona un punto de anclaje situado centralmente para expansión térmica y permite que fuerzas que actúan sobre cada tubo en una dirección axial del cabezal sean eficientemente soportadas por la estructura de soporte vertical al tiempo que permiten expansiones térmicas del panel de tubos.

25º. Un accesorio para facilitar la fabricación, ensamblaje, transporte y erección de un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, que comprende: una base; y montantes previstos en un extremo de la base para aplicarse a árboles de muñón en el intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller, permitiendo los montantes la rotación del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller alrededor de los árboles de muñón sobre los montantes desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de erección en campo del intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller.