CAPTADOR LINEAL DE ENERGIA SOLAR Y COLECTOR.

Captador lineal de energía solar y colector, formado por un tubo o conducto por cuyo interior circula un fluido caloportador que absorbe la radiación solar,

siendo el captador lineal del tipo destinado a captar los rayos solares concentrados por un sistema de superficies reflectantes del tipo colector cilíndrico parabólico o del tipo Fresnel. En particular se refiere a un captador lineal del tipo que emplea aceite o sales fundidas como fluido caloportador destinadas a congelarse en el tubo o conducto captador en ausencia de radicación solar, y descongelarse cuando vuelve a existir dicha radiación. Asimismo, la invención se refiere a un colector solar, formado por el captador y un elemento parabólico, que en asociación con un dispositivo o mecanismo de movimiento del colector que, mediante un movimiento de abanico, reduce la irradiación que llega al tubo para limitar la potencia que le llega y, en consecuencia, mantener los gradientes térmicos de los materiales del captador dentro de límites aceptables.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201230496.

Solicitante: ACS SERVICIOS, COMUNICACIONES Y ENERGÍA S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: NEBRERA GARCÍA,José Alfonso, LASHERAS PRIETO,Miguel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/07 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). › Colectores que trabajan a alta temperatura, p. ej. para centrales solares.
  • F24J2/14 F24J 2/00 […] › semicilíndricos o en forma de cilindro parabólico.
  • F24J2/24 F24J 2/00 […] › circulando el fluido energético a través de los conductos tubulares absorbiendo el calor.
  • F24J2/46 F24J 2/00 […] › Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar.
  • F28F1/40 F […] › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 1/00 Elementos tubulares; Conjuntos de elementos tubulares (especialmente adaptados para el movimiento F28F 5/00). › estando los medios solamente en el interior del elemento tubular.
CAPTADOR LINEAL DE ENERGIA SOLAR Y COLECTOR.

Fragmento de la descripción:

Captador lineal de energía solar y colector.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, captador lineal de energía solar y colector se refiere a un captador lineal y a un colector que comprende dicho captador lineal, formado por un tubo o conducto por cuyo interior circula un fluido caloportador que absorbe la radiación solar, siendo el captador lineal del tipo destinado a captar los rayos solares concentrados por un sistema de superficies reflectantes del tipo colector cilíndrico parabólico o del tipo Fresnel. En particular se refiere a un captador lineal del tipo que emplea aceite térmico o sales fundidas como fluido caloportador destinadas a congelarse en el tubo o conducto captador en ausencia de radiación solar, y descongelarse cuando vuelve a existir dicha radiación.

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la energía solar, y en particular es de aplicación en plantas termo-solares cilíndrico parabólicas que utilizan aceite térmico o sales fundidas como fluido caloportador, cuando tal fluido se deje congelar en ausencia de radiación solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que en el estado de la técnica son conocidos los captadores lineales de energía solar que comprenden como fluido caloportador aceites o sales fundidas.

Dichos captadores lineales pueden ser empleados en colectores de simple reflexión o de doble reflexión. En los primeros, una superficie reflectante dirige los rayos solares sobre un lado del captador lineal, mientras que los segundos presentan una primera superficie reflectante que dirige una parte de los rayos solares directamente sobre el captador mientras que otra parte de los rayos solares es dirigida hacia una segunda superficie reflectante situada en la parte posterior y en los lados del captador, consiguiendo así que los rayos incidan sobre toda la superficie del captador y no solo sobre uno de los lados del mismo.

Asimismo, el captador lineal suele consistir en un tubo cilíndrico hueco de acero por cuyo interior circula el fluido caloportador cuya misión es absorber el calor de la radiación para transportarlo hasta intercambiadores de calor donde el fluido caloportador pierde el calor generando vapor de agua que mueve una turbina y esta a su vez un generador que produce la energía. Dichos captadores pueden estar también encapsulados en un tubo de vidrio al vacío o con gases poco reactivos y con efecto de convención reducida, como por ejemplo argón.

Los captadores lineales utilizan sales fundidas que incrementan su temperatura hasta 560ºC o aceites que incrementan su temperatura hasta 400ºC. Es conveniente el uso de sales fundidas ya que al permitir un incremento mayor de la temperatura permiten un aumento del rendimiento en el ciclo de vapor.

Sin embargo, ambos tipos de fluidos, pero en especial las sales fundidas, presentan el problema de que se congelan a temperaturas por encima de la ambiente; en el caso de las sales, a una temperatura aproximada de 270ºC, cuando ya no existe radiación solar. Esta congelación provoca que al día siguiente para poner en marcha la planta sea preciso descongelar o derretir las sales lo más rápidamente posible para aprovechar al máximo las horas de radiación solar. Es decir, en la práctica, las sales se congelan por la noche y se calientan por la mañana para fundir

o derretir dichas sales.

En el estado de la técnica se utilizan para impedir la congelación de los fluidos sistemas que requieren elevados recursos económicos y energéticos consistentes principalmente en vaciar los captadores lineales por la noche y volver a llenarlos por la mañana, o sistemas de recirculación que mantienen calientes los fluidos.

Por otro lado, si los fluidos se congelan, el calentamiento mediante radiación a la mañana siguiente tiene la desventaja de que, en circunstancias normales, la combinación del mucho calor aportado por el dispositivo de concentración solar por unidad de tiempo, la insuficiente transmisividad térmica de los fluidos, y el elevado calor de fusión de los mismos, en especial en el caso de las sales fundidas, origina fuertes gradientes térmicos en los tubos que a su vez originan tensiones excesivas que deforman el tubo hasta romperlo, Una solución parcial consiste en limitar la aportación de potencia térmica que, sin embargo, tiene el inconveniente de retrasar mucho la fusión, en especial en el caso de las sales, reduciendo así el rendimiento de la planta al emplear parte del tiempo de radiación disponible en descongelar lentamente los fluidos en lugar de en operar normalmente la instalación. Para ello, aunque se intente conseguir una distribución de la radiación lo más uniforme posible sobre la superficie del tubo, el fluido tarda en fundirse o derretirse hasta dos horas lo cual supone mucho tiempo teniendo en cuenta que la media anual de horas diarias de radiación utilizable es en torno a 10 horas.

La presente invención describe por tanto un captador lineal de energía solar que hace posible trabajar con un ciclo diario de congelación-fusión, ya que consigue que los fluidos de trabajo se fundan o derritan en un menor tiempo mediante una distribución uniforme y más rápida de la radiación. Dicha disminución del tiempo para derretir o fundir los fluidos se consigue por un lado debido a:

a) la dosificación de la potencia de la irradiación solar que se hace llegar a los tubos a través de una modificación de los mecanismos de enfoque que produce, mientras dura la fusión, un “efecto abanico”,

b) la reducción de los gradientes térmicos entre las partes del captador sometidas a la radiación concentrada máxima y las que reciben menos o ninguna radiación, y por otro lado,

c) la reducción de las distancias entre cualquier parte de la masa de fluido congelado y el material metálico que proporciona el calor para la fusión.

Asimismo, los colectores solares, formados por al menos un elemento parabólico y un conducto o captador lineal, disponen de un mecanismo de giro para apuntar al sol y captar las radiaciones, de manera que colector sigue la trayectoria descrita por el sol a la velocidad adaptada a la del movimiento del sol, de manera que el colector siempre apunta al sol.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención, captador lineal de energía solar, tiene como objeto un captador lineal de energía solar para la recolección de radiación solar en plantas termosolares en las que el fluido caloportador se congela en ausencia de radiación, es decir, al atardecer y durante la noche el fluido caloportador permanece congelado. Dicho fluido caloportador es preferiblemente una sal fundida.

Asimismo, la presente invención se refiere a un colector solar, formado por un captador lineal o tubo y al menos un elemento parabólico encargado de captura la radiación solar y desviarla para concentrarla sobre el captador o tubo. Dicho colector presenta un dispositivo o mecanismo que permite girar el conjunto formado por el captador lineal y el elemento parabólico, de manera que el elemento parabólico se sitúe entre el sol y el captador, evitando así que la radiación llegue al captador o tubo.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención es, según la reivindicación uno, un captador lineal de energía solar que comprende una estructura longitudinal en el interior del conducto que forma el captador lineal, cuya función es facilitar la transmisión del calor desde la superficie del captador hacia el fluido caloportador contenido en su interior. Mediante esta estructura longitudinal, se consigue fundir o derretir el fluido caloportador congelado en un menor tiempo, aumentando así el rendimiento de la planta solar.

El captador lineal está compuesto por un conducto hueco o tubo y una estructura longitudinal en el interior del conducto que facilita la transmisión del calor captado por la superficie del conducto hacia el interior del mismo a través de la estructura, consiguiendo una distribución del calor en el interior del conducto y por tanto en el fluido caloportador más rápida y efectiva al aprovechar mejor la conductividad térmica del material, preferiblemente metálico, de la estructura interior.

El conducto o tubo que contiene el fluido caloportador, puede estar a su vez incluido, de manera concéntrica, en un conducto o tubo de vidrio al vacío o con un gas, preferiblemente argón, en su interior, es decir, entre el conducto que contiene el fluido caloportador y el tubo de vidrio.

Como se ha mencionado, cuando el fluido caloportador se congele en ausencia de radiación solar o por cualquier otra circunstancia, el captador objeto de la presente invención facilita...

 


Reivindicaciones:

1. Captador lineal de energía solar, con un conducto o tubo para la recolección de radiación solar por su superficie y por cuyo interior circula un fluido caloportador, y dispuesto en plantas solares en las que el fluido caloportador se congela en el interior del conducto en ausencia de radiación solar, caracterizado porque comprende una estructura longitudinal en el interior del conducto para facilitar la transmisión del calor desde la superficie del captador hacia el fluido caloportador.

2. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque la estructura longitudinal es un alma que comprende una sección con un núcleo central y al menos un saliente radial que divide el interior del conducto en espacios separados por los que circula el fluido caloportador.

3. Captador, según reivindicación 2, caracterizado porque la estructura longitudinal comprende al menos cuatro salientes radiales.

4. Captador, según reivindicación 2, caracterizado porque el alma presenta un núcleo central hueco por el que también circula el fluido caloportador.

5. Captador, según reivindicación 2 o 3, caracterizado por los salientes radiales presentan orificios que conectan los espacios entre salientes.

6. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el conducto y la estructura longitudinal consisten en una única pieza.

7. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el conducto tiene sección circular.

8. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el conducto tiene sección no circular.

9. Captador, según reivindicación 8, caracterizado porque la sección es ovoidal, elíptica o poligonal.

10. Captador, según reivindicación 6, caracterizado porque la estructura longitudinal comprende conductos de sección circular por los que circular el fluido caloportador.

11. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el conducto es de acero.

12. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el conducto es de una aleación de aluminio.

13. Captador, según reivindicación 11, caracterizado porque la estructura longitudinal es de acero.

14. Captador, según reivindicación 11 o 12, caracterizado porque la estructura longitudinal es de una aleación de aluminio.

15. Captador, según reivindicación 1, caracterizado porque el fluido caloportador es una sal fundida.

16. Colector solar, que comprende un captador lineal de energía solar de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 15 y al menos un primer elemento con superficie curva caracterizado porque comprende un dispositivo para girar conjuntamente el captador lineal y el al menos un primer elemento con superficie curva, de manera que el primer elemento con superficie curva puede apuntar o no al sol para limitar la aportación de potencia a los tubos captadores durante el proceso de fusión del fluido caloportador, evitando gradientes de temperatura excesivos en el captador lineal.

17. Colector, según reivindicación 16, caracterizado porque comprende un segundo elemento con superficie curva.

18. Colector, según reivindicaciones 16 a 17, caracterizado porque la superficie curva es parabólica.


 

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