Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera y caldera correspondiente.

Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera,

que incluye un colector para conducir y hacer circular fluidos en una caldera. Unas conducciones de succión están conectadas en comunicación fluídica con el colector, configuradas y adaptadas para conectarse a una bomba en comunicación fluídica con el colector. Unos tubos de bajada están conectados en comunicación fluídica con el colector, configurados y adaptados para conectarse al colector en comunicación fluídica con un tambor de vapor. El colector, las conducciones de succión y los tubos de bajada están configurados y adaptados para extraer cantidades iguales de fluido de cada tubo de bajada incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión. Unos colectores en cascada pueden conectar fluídicamente el colector de circulación a un generador de vapor, estando configurados y adaptados para proporcionar un flujo igual a los paneles del generador de vapor.

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente US con número de serie 12/547.650, presentada el 26 de agosto de 2009. Esta solicitud también es una continuación en parte de la solicitud de patente US con número de serie 12/620.109, presentada el 17 de noviembre de 2009. Las solicitudes de patente US con números de serie 12/547.650 y 12/620.109 reivindican cada una prioridad sobre la solicitud provisional US número 61/151.984, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.011, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.035, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.049, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.077, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.114, presentada el 12 de febrero de 2009, y sobre la solicitud provisional US número 61/152.286, presentada el 13 de febrero de 2009. Cada una de las solicitudes a las que se ha hecho referencia anteriormente se incorpora por referencia a la presente memoria en su totalidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

2. Descripción de la técnica relacionada

La presente invención se refiere a la producción de energía solar, y más particularmente a calderas para la producción de energía solar.

La generación de energía solar se ha considerado una fuente viable para ayudar a responder a las necesidades energéticas en un momento en el que aumenta la conciencia sobre los aspectos medioambientales de la producción de energía. La producción de energía solar se basa principalmente en la capacidad para captar y transformar la energía del Sol disponible en grandes cantidades, y puede producirse con muy poco impacto sobre el medio ambiente. La energía solar puede utilizarse sin crear residuos radiactivos, como en la producción de energía nuclear, y sin producir emisiones contaminantes incluyendo los gases de efecto invernadero como en la producción de energía a partir de combustibles fósiles. La producción de energía solar es independiente de los costes de combustible fluctuantes y no consume recursos no renovables.

Los generadores de energía solar emplean generalmente campos de espejos controlados, denominados helióstatos, para recoger y concentrar la luz solar sobre un receptor para proporcionar una fuente de calor para la producción de energía. Un receptor solar adopta normalmente la forma de un panel de tubos que transportan un fluido de trabajo a través de los mismos. Los generadores solares previos han utilizado fluidos de trabajo tales como sal fundida porque presenta la capacidad de almacenar energía, permitiendo la generación de energía cuando no hay radiación solar. Los fluidos de trabajo calentados se transportan normalmente hasta un intercambiador de calor en el que ceden el calor a un segundo fluido de trabajo tal como aire, agua o vapor. La energía se genera conduciendo aire o vapor calentado a través de una turbina que acciona un generador eléctrico.

Más recientemente, se ha determinado que la producción de energía solar puede incrementarse y simplificarse utilizando agua/vapor como único fluido de trabajo en un receptor que es una caldera. Esto puede eliminar la necesidad de un intercambiador de calor ineficaz entre dos fluidos de trabajo diferentes. Este desarrollo ha llevado a nuevos desafíos en la manipulación del calor solar intenso sin daño para el sistema. En una caldera solar, las tasas de transferencia de calor pueden alcanzar niveles de aproximadamente 2-3 veces la tasa de transferencia de calor de una caldera típica de combustible fósil. Esta alta tasa de transferencia de calor intensifica los problemas relacionados con mantener uniforme la distribución de calentamiento y flujo en todos los diseños conocidos de paneles de caldera. La alta tasa de transferencia de calor da lugar a altas presiones y temperaturas en los tubos de la caldera y estructuras relacionadas.

En las calderas de circulación forzada típicas, tales como las calderas de carbón, se utilizan bombas de circulación individuales o múltiples para hacer circular agua desde el tambor a través de los paneles del generador de vapor, y de vuelta hacia el tambor como una mezcla de agua y vapor saturados. Las calderas tradicionales a menudo utilizan múltiples bombas de circulación que operan en paralelo por motivos de capacidad y redundancia. En una configuración tradicional, una pluralidad de bombas están conectadas en paralelo a lo largo de la longitud de un colector horizontal, estando conectada cada bomba al colector a modo de una conducción de succión. El colector horizontal está conectado a su vez al tambor a través de una pluralidad de tubos de bajada verticales. Cada bomba extrae agua principalmente de una parte específica del tambor a través de los tubos de bajada más cercanos. En el caso de fallo de una o más de las bombas, la bomba o bombas que funciona (n) extrae (n) cantidades irregulares de agua del tambor a través de los diferentes tubos de bajada, creando un desequilibrio de flujo en el tambor. El desequilibrio a lo largo de la longitud del tambor puede conducir a variar el nivel de agua del tambor a lo largo de la longitud del tambor. Un nivel de agua irregular en el tambor puede producir muchos problemas incluyendo un alto arrastre (cuando el fluido saturado entra en los tubos de bajada) que da lugar a una falsa alarma de nivel de agua bajo o desconexión por nivel de agua bajo. El funcionamiento prolongado con grandes desequilibrios en el nivel de agua del tambor también puede conducir a alarmas de nivel de agua constantes, disparos de nivel de agua, fatiga a largo plazo y problemas metalúrgicos a partir del sobrecalentamiento y puede afectar a la duración y el rendimiento de la bomba de circulación.

Otro aspecto de las calderas tradicionales, tales como las calderas de carbón, es que normalmente hay tubos de bajada desde el tambor que alimentan a cuatro colectores de pared de agua, concretamente dos colectores de pared lateral, un colector de pared frontal y un colector de pared trasera. Cada uno de estos colectores, a su vez, alimenta a una parte del generador de vapor. Esta disposición de colectores, cuando se aplica a aplicaciones de caldera solar, puede conducir a un flujo irregular de panel a panel, lo que puede dar lugar a fallo del panel debido al intenso calentamiento descrito anteriormente. Esto, junto con la disposición de colectores de circulación descrita anteriormente, puede dar como resultado un flujo irregular perjudicial a través del sistema de caldera, y produce un riesgo de apagado de emergencia o incluso fallo de componentes clave.

Tales procedimientos y sistemas convencionales generalmente se han considerado satisfactorios para su fin propuesto. Sin embargo, todavía existe una necesidad en la técnica de calderas en general, y en particular de calderas solares, que permitan la distribución de flujo mejorada entre el tambor y las bombas de circulación. También sigue habiendo una necesidad en la técnica de tales calderas con distribución de flujo mejorada a los paneles de caldera. La presente invención proporciona soluciones para estos problemas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención objeto se refiere a un sistema de colector nuevo y útil para la circulación forzada de fluido en una caldera. El sistema incluye un colector configurado para conducir fluido a su través para hacer circular fluidos en una caldera. Una pluralidad de conducciones de succión están conectadas en comunicación fluídica con el colector. Cada conducción de succión está configurada y adaptada para conectarse a una bomba respectiva en comunicación fluídica con el colector. Una pluralidad de tubos de bajada están conectados en comunicación fluídica con el colector. Cada tubo de bajada está configurado y adaptado para conectarse al colector en comunicación fluídica con un tambor de vapor. El colector, las conducciones de succión y los tubos de bajada están configurados y adaptados para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión.

Según determinadas formas de realización, el colector define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada y una sección de salida opuesta que está separada de la sección de entrada a lo largo del eje longitudinal. Las conducciones de succión están todas conectadas a la sección de salida del colector, y los tubos de bajada están todos conectados a la sección de entrada del colector.

En determinadas formas...

1. Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera (100) , caracterizado porque comprende:

a) un colector (150, 250) configurado para conducir fluido a su través para hacer circular fluidos en una caldera (100) ;

b) una pluralidad de conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas en comunicación fluídica con el colector (150, 250) , estando configurada y adaptada cada conducción de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) para conectarse a una respectiva bomba en comunicación fluídica con el colector (150, 250) ; Y

c) una pluralidad de tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados en comunicación fluídica con el colector (150, 250) , estando configurado y adaptado cada tubo de bajada para conectarse al colector (150, 250) en comunicación fluídica con un tambor (116, 216) de vapor,

d) donde el colector (150, 250) define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada (158, 258) Yuna sección de salida (160, 260) opuesta que está separada de la sección de entrada (158, 258) a lo largo del eje longitudinal, y estando todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas a la sección de salida (160, 260) del colector (150, 250) , Yestando todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados a la sección de entrada (158, 258) del colector (150, 250) , estando así configurados y adaptados el colector (150, 250) , las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) y los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) .

2. Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos cuatro tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) , estando los dos tubos de bajada (152b, 152c, 252b, 252c) interiores dispuestos en el interior con respecto a dos tubos de bajada (152a, 152d, 252a, 252d) dispuestos en el exterior.

3. Sistema de colector según la reivindicación 2, caracterizado porque cada tubo de bajada interior (152b, 152c, 252b, 252c) está conectado al colector (150, 250) en una primera posición axial común en el colector (150, 250) , Y estando cada tubo de bajada exterior (152a, 152d, 252a, 252d) conectado al colector (150, 250) en una segunda posición axial común en el colector (150, 250) , Y estando la primera y segunda posiciones axiales separadas axialmente a lo largo del eje longitudinal del colector (150, 250) .

4. Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) están orientados perpendiculares al colector (150, 250) cuando están conectados al mismo.

5. Sistema de colector según la reivindicación 4, caracterizado porque todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) están orientados paralelos entre sí en los extremos de entrada de los mismos.

6. Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque una o más de las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) están orientadas perpendiculares al colector (150, 250) cuando están conectadas al mismo.

7. Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) están orientadas paralelas entre sí en los extremos de salida de las mismas.

8. Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (256a, 256b) están escalonadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector (250) .

9. Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (156a, 156c) están alineadas axialmente una con respecto a la

otra cuando están conectadas al colector (150) .

10. Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque una tercera conducción de succión (156b) está conectada al colector (150) en alineación axial con el mismo.

11. Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (156a, 156c) están alineadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector (150) , y estando una tercera conducción de succión (156b) conectada al colector en alineación axial con el mismo.

12. Caldera (100) solar para la producción de energía solar, caracterizada porque comprende:

a) un generador de vapor y un supercalentador conectado cada uno en comunicación fluídica con un tambor (116, 216) de vapor; b) una pluralidad de tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados en comunicación fluídica con el tambor (116, 216) de vapor;

c) un colector (150, 250) de circulación orientado verticalmente conectado de manera fluida a los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) ; y

d) una pluralidad de conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) en comunicación fluídica con el colector (150, 250) de circulación; estando configurada y adaptada cada una de las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) para colocar una bomba de circulación en comunicación fluídica con el colector (150, 250) de circulación,

e) donde el colector (150, 250) de circulación define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada (158, 258) Y una sección de salida (160, 260) opuesta que está separada de la sección de entrada (158, 258) a lo largo del eje longitudinal, estando la sección de entrada (158, 258) situada por encima de la sección de salida (160, 260) , Y estando todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas a la sección de salida (160, 260) del colector (150, 250) , Y estando todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c,

152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados a la sección de entrada (158, 258) del colector (150, 250) , estando así configurados y adaptados el colector (150, 250) de circulación, las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) y los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) para extraer

cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) .

13. Caldera (100) solar según la reivindicación 12, caracterizada porque comprende además una pluralidad de colectores en cascada (168, 170, 172) que conectan de manera fluida el colector (150, 250) de circulación al generador (110) de vapor, estando configurados y adaptados la pluralidad de colectores en cascada (168, 170, 172) para proporcionar un flujo sustancialmente igual a los paneles del generador

(110) de vapor. 15