Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero.

Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero,

consistente en un conjunto alineado e inclinado de carcasas herméticas con una ventana transparente para el paso de la radiación concentrada, existiendo al menos un haz de al menos un tubo absorbedor, y disponiéndose en la mitad longitudinal del haz dentro de la carcasa de un latiguillo de dilatación, que forma con los tubos un conducto de desagüe en el que no hay peldaños ni resaltes, y que acaba en una tubería vertical de vaciado, habitualmente cerrada por una válvula. La tubería descarga en un depósito aislado de almacenamiento del fluido, desde el cual se bombea cuando hay que rellenar la instalación. Para compensar las presiones durante el vaciado, se emplea un gas inerte inyectado a presión moderada.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201201057.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PIERA CARRETE,MIREIA, MARTINEZ-VAL PENALOSA,JOSE MARIA, ABANADES VELASCO,ALBERTO, MUÑOZ ANTON,JAVIER, MONTES PITA,MARIA JOSE, VALDES DEL FRESNO,MANUEL, ROVIRA DE ANTONIO,ANTONIO J, Ramos Millan,Alberto, ABBAS CÁMARA,RUBÉN, AMENGUAL MATAS,Rafael R.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/16 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › con superficies planas.
  • F24J2/46 F24J 2/00 […] › Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar.

Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO DE CAPTACiÓN DE LA RADIACiÓN SOLAR CONCENTRADA. CON DRENAJE DEL FLUIDO CALORíFERO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el campo de las centrales de energía solar que requieren concentración de la radiación originaria, que en este caso es reflejada por una serie de espejos longitudinales cuyos ejes más largos son horizontales o levemente inclinados, y orientables en sentido transversal por girar alrededor de su eje de simetría longitudinal; enfocándose la radiación reflejada sobre un receptor asimismo longitudinal, con su eje largo horizontal o levemente inclinado, y paralelo a los ejes de los espejos. Dicho dispositivo suele denominarse Fresnel de reflexión, pero la novedad no se refiere a su óptica, sino a las conducciones longitudinales por las que circula el fluido calorífero, que debe ser drenado cuando sea pertinente, por ejemplo para evitar su solidificación en los tubos del receptor cuando no hay radiación solar y el ambiente es frío respecto del punto de congelación de dicho fluido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

La invención tiene dos antecedentes inmediatos, de los mismos solicitantes, que son la patente ES 234542782 por lo que respecta al campo de espejos y a la estructura Fresnel, y la patente ES 234575982 por lo que corresponde al receptor, particularmente su figura 8, que a su vez tiene como antecedente inmediato la patente, del mismo primer solicitante, ES 232157682, que trata de un colector de dilatación y presión compensadas, siendo tal colector, con una innovación importante, el que se usa como módulo de receptor en esta nueva invención.

Por lo que corresponde al drenaje del fluido, existe un importante número de patentes y solicitudes que tratan del drenaje de tuberías y depósitos, si bien los solicitantes no conocen ninguno que se refiera a los circuitos de un dispositivo de concentración solar tipo Fresnel, ni de otro tipo de colector de configuración distribuida. Existen varios dispositivos en el estado del arte para drenaje de agua, particularmente desde depósitos de combustible, pero ninguno presenta las características geométricas y funcionales de los montajes aquí considerados. Como ejemplos se pueden citar los documentos US2012193300A1, que drena por gravedad y lógicamente tiene un depósito inferior de recogida del drenaje, similar al planteado con carácter auxiliar en esta solicitud; y el W02012024013 A 1, con menos similitudes en la configuración macroscópica del circuito de tuberías.

También se pueden citar varias invenciones de la industria alimentaria, como son las GB 2471307, GB 2414284, dedicadas a la limpieza de circuitos dispensadores de cerveza, y la US 2006097008 dedicada al vaciado y limpieza de circuitos de fluidos químicos en general, sin que haya antecedentes directos en ellas de las soluciones novedosas aportadas en esta invención. Lo mismo cabe decir de las patentes GB 2142112, del mismo tema que la anterior, y precedente de ella.

También se encuentran invenciones sobre drenajes dedicadas a la agricultura, como es la W02012040252 (A2) y así mismo a sondeos geológicos y perforaciones del subsuelo, como la US2012043081A1. Ninguna de ellas contiene elementos como los aquí ideados para el drenaje de fluidos que pueden además tener temperaturas muy diferentes según las condiciones de funcionamiento (o no funcionamiento) de la planta solar.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

Los fluidos caloríferos tales como el agua, los aceites térmicos y las sales fundidas se emplean para alcanzar altas temperaturas, pero en ausencia de sol lógicamente se enfrían, pudiendo incluso congelarse, con el subsiguiente efecto negativo; que en el agua puede llegar a reventar las tuberías, y en las sales fundidas a provocar un tapón sólido de tan considerables dimensiones, que haya que sustituir lo tubos, pues su calentamiento hasta fusión de las sales, comportaría un fuerte deterioro en los tubos.

La solución a ese problema consiste en vaciar los conductos expuestos al frío de la intemperie, trasvasando el fluido a depósitos adecuadamente aislados, desde los cuales pueda de nuevo introducirse en los tubos absorbedores de radiación. Estas acciones han de ser compatibles con la geometría y disposición de dichos tubos para efectuar su trabajo como fluidos caloríferos.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La invención consiste en montar los tubos absorbed ores del dispositivo de concentración de la radiación solar con cierta inclinación sobre el plano horizontal del lugar, lo cual obliga a que se monten con la misma inclinación los ejes de los espejos que constituyen las unidades de concentración de la radiación, llamando líneas maestras de inclinación a la que es paralela, en el punto de interés, a dichos ejes, y planos maestros de inclinación o del montaje al formado, en el punto de interés, por la línea maestra y la horizontal normal a ella, configurando la estructura de los tubos aborbedores como conjunto de módulos caracterizados porque:

los tubos están contenidos en carcasas de forma longitudinal, que siguen el plano maestro de inclinación, pendiendo dichas carcasas, y por ende los tubos, de una viga o cercha longitudinal con la misma inclinación que dicha línea maestra del dispositivo;

formando cada hilera de carcasas consecutivas una unidad del dispositivo solar, existiendo por lo general varias de esta unidades en una central solar, y estando dotada cada unidad de su propio equipo de drenaje, compuesto por el conjunto de conducciones, sensores, válvulas, depósitos y bombas, y además dotada cada unidad de un equipo de aportación de gas, preferiblemente inerte, de relleno de las conducciones que se vacían al drenar el fluido calorífero;

pudiendo contener cada carcasa uno o más haces de tubos, suspendidos desde la tapa posterior de la carcasa, a su vez suspendida de la cercha de la unidad, estando cada haz de tubos rematado en cada extremo por un colector, provisto de conducto de conexión con el exterior, atravesando dicho conducto el cabezal correspondiente de la carcasa, quedando solidario a dicho cabezal por soldadura u otro mecanismo de unión, que incluye una junta hermética entre el cabezal y el conducto del tubo;

y teniendo cada haz de tubos una interrupción como tal haz, en la mitad de su longitud dentro de la carcasa, estando conectadas ambas mitades longitudinales del haz por un latiguillo de dilatación, que va desde un extremo lateral del colector en el que acaba la mitad aguas arriba del haz de tubos, al extremo lateral del otro lado del colector que presenta de conexión la mitad del haz aguas debajo del latiguillo;

coincidiendo el plano virtual tangente a la superficie inferior del latiguillo con el plano virtual tangente a la superficie inferior de los colectores de los tubos así como de los propios tubos, tanto del semi-haz aguas arriba como del semi-haz aguas abajo, formando un único plano en el que virtualmente apoya toda la superficie inferior de tubos, colector, latiguillo, colector aguas abajo, tubos aguas abajo y conducto de conexión con la carcasa aguas abajo, sin peldaños ni resaltos en dicha superficie inferior desde la parte más alta de los tubos de la unidad, hasta la parte más baja de la unidad, y siendo dicho plano único, plano maestro del montaje;

estando conectada dicha parte más baja de la unidad con la tubería vertical de drenaje, en cuya cabecera existe una válvula, cerrada en condiciones de funcionamiento de la central, y abierta cuando se procede a vaciar o a llenar el conjunto de tubos absorbedores con el fluido calorífero.

El dispositivo de drenaje consta de dicha tubería vertical de drenaje, su válvula superior de apertura-cierre, el depósito aislado térmicamente en el que se almacena el fluido para evitar su congelación, y que puede ir equipado con un dispositivo auxiliar de calentamiento, y la bomba de llenado, que toma el fluido desde el tanque para trasvasarlo a los haces de tubos de la unidad.

A su vez la invención consta de un sistema de inyección de gas en los tubos cuando éstos se vacían, que actúa desde la parte superior, estando el depósito de gas comprimido situado por encima de la cercha o viga de la cual pende el conjunto de carcasas, o encima de una unidad contigua aguas arriba; y existiendo, en la parte alta de cada unidad, una válvula de alivio para extracción del gas, que es succionado por un compresor que aloja el gas en el citado depósito o tanque superior, desde el cual puede ser directamente inyectado en los tubos, al mismo tiempo que éstos se drenan.

Las unidades o alineamientos de carcasas con sus tubos, pueden ubicarse una tras otra, con las conexiones que se consideren para el fluido calorífero, siendo siempre las...

 


Reivindicaciones:

-Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, en el que se montan los tubos absorbedores del dispositivo de concentración de la radiación solar con cierta inclinación sobre el plano horizontal del lugar, montándose con la misma inclinación los ejes de los espejos que constituyen las unidades de concentración de la radiación, llamando líneas maestras de inclinación a la que es paralela, en el punto de interés, a dichos ejes, y plano maestro de inclinación, o del montaje, al formado, en el punto de interés, por la línea maestra y la horizontal normal a ella, configurando la estructura de los tubos captadores de radiación como conjunto de módulos, caracterizado porque:

los tubos están contenidos en carcasas (2) de forma longitudinal, que siguen el plano maestro de inclinación, pendiendo dichas carcasas, y por ende los tubos, de una viga o cercha longitudinal (3) con la misma inclinación que dicha línea maestra del dispositivo;

formando cada hilera de carcasas consecutivas una unidad del dispositivo solar, existiendo por lo general varias de esta unidades en una central solar, y estando dotada cada unidad de su propio equipo de drenaje, compuesto por el conjunto de conducciones (12, 19) , válvulas (13, 20, 27) , depósitos (16, 26) Y bombas y compresores (18, 25) , Y además dotada cada unidad de un equipo de aportación de gas, preferiblemente inerte, de relleno de las conducciones que se vacían al drenar el fluido calorífero (10) ;

conteniendo cada carcasa uno o más haces de tubos (30, 31, 32) , suspendidos desde la tapa posterior de la carcasa, a su vez suspendida de la cercha o viga maestra de la unidad, estando cada haz de tubos rematado en cada extremo por un colector, provisto de conducto de conexión con el exterior, atravesando dicho conducto el cabezal correspondiente de la carcasa (45, 46, 60) , quedando solidario a dicho cabezal por soldadura u otro mecanismo de unión, que incluye una junta hermética o brida (52) entre el cabezal y el conducto del tubo;

y teniendo cada haz de tubos una interrupción como tal haz, en la mitad de su longitud dentro de la carcasa, estando conectadas ambas mitades longitudinales del haz por un latiguillo de dilatación (33, 34, 35) , que va desde un extremo lateral del colector en el que acaba la mitad aguas arriba del haz de tubos (39, 40, 41) , al extremo lateral del otro lado del colector de conexión (42, 43, 44) al semi-haz aguas debajo del latiguillo;

coincidiendo el plano virtual tangente a la superficie inferior de los latiguillos con el plano virtual tangente a la superficie inferior de los colectores de los tubos así como de los propios tubos, tanto del semi-haz aguas arriba como del semi-haz aguas abajo, formando un único plano en el que virtualmente apoya toda la superficie inferior de tubos, colector, latiguillo, colector aguas abajo, tubos aguas abajo y conducto de conexión con la carcasa aguas abajo, sin peldaños ni resaltos en dicha superficie inferior desde la parte más alta de los tubos de la unidad, hasta la parte más baja de la unidad, y siendo dicho plano único, plano maestro del montaje;

estando conectada dicha parte más baja de la unidad con la tubería vertical de drenaje (12) , en cuya cabecera existe una válvula (13) , cerrada en condiciones de funcionamiento de la central, y abierta cuando se procede a vaciar o a llenar el conjunto de tubos del receptor solar con el fluido calorífero (10) .

-Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según reivindicación primera, caracterizado por que el dispositivo de drenaje consta de dicha tubería vertical de drenaje (12) , su válvula superior de apertura-cierre (13) , el depósito (16) aislado térmicamente en el que se almacena el fluido, opcionalmente equipado con un dispositivo auxiliar de calentamiento, y la bomba de llenado (18) , que toma el fluido desde el taque para trasvasarlo a los haces de tubos de la unidad.

-Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque la invención consta de un sistema de inyección de gas en los tubos cuando éstos se vacían, que actúa desde la parte superior, estando el depósito de gas comprimido (26) situado encima de la cercha o viga (3) de la cual pende el conjunto de carcasas, o encima de una unidad vecina aguas arriba; y

existiendo, en la parte alta de cada unidad, una válvula de alivio (24) para extracción del gas, que es succionado por un compresor (25) que aloja el gas en el citado depósito o tanque superior (26) , desde el cual puede ser directamente inyectado en los tubos, al mismo tiempo que éstos se drenan.

-Dispositivo de captación de la radiación solar concentrada, con drenaje del fluido calorífero, según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las unidades o alineamientos de carcasas con sus tubos, pueden ubicarse una tras otra, con las conexiones que se consideren para el fluido calorífero, siendo siempre las líneas maestras de estas unidades paralelas entre sí.

Figura 1

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I

, 29

/'

10

Figura 2

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V

Figura 3

SO

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43 50

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11__-35

Figura 4

Figura 5


 

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