Sistema de colector solar de campo.

Sistema de colector solar de campo, que comprende una pluralidad de reflectores parabólicos;

un tubo derecepción térmica, cuyo centro coincide con el foco de los reflectores parabólicos y que consiste en una tuberíametálica de recepción térmica (1) y tubos de vidrio (2) que están alojados dentro, en el que para permitir la dilataciónde la tubería metálica de recepción térmica (1) y su desplazamiento libre e independientemente de los tubos devidrio (2), para proporcionar cierre al vacío, para proporcionar un soporte para la totalidad del elemento receptortérmico (D), y también para proporcionar una cámara de vacío continuo para la longitud total de la unidad colectoraparabólica, un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacío (E) conecta entre sí los tubos de vidrio (2) yla tubería metálica de recepción térmica (1); Para permitir que la tubería metálica de recepción térmica (1)permanezca inmóvil mientras el panel parabólico está girando alrededor de esta, una unidad de soporte rotativo (21)conecta el panel parabólico al sistema conector de tubo de vidrio (E); para proporcionar un cierre al vacío mientras latubería metálica de recepción térmica (1) se desplaza debido a la dilatación térmica, se disponen unidades dedilatación flexibles (29) en el extremo de cada unidad colectora parabólica; y para prevenir que el agua noevaporada restante pase a través de otros colectores y para proporcionar el factor de dilatación térmica para latubería metálica de recepción de calor (1), se disponen bucles verticales (52) entre los colectores parabólicossucesivos conectados en serie, situados en el lado de evacuación de la unidad parabólica en el que, el sistemaconector de tubo de vidrio y junta estanca al vacío (E) comprende una unidad cerámica (7) para permitir a la tuberíametálica de recepción térmica (1) dilatarse y deslizarse libremente sobre las bolas (11) situadas en el centro de launidad cerámica (7) y para proporcionar aislamiento térmico entre la tubería metálica de recepción térmica (1)situada en el centro de esta y los tubos de vidrio (2); unidades de silicona (4) para proporcionar cierre al vacíoalrededor del tubo de vidrio (2) y para proporcionar suficiente flexibilidad para proteger el tubo de vidrio (2) de lasvibraciones y de las fuerzas de flexión que pudieran producirse en las partes metálicas; Una unidad de proteccióncontra calor y UV (3) para proporcionar aislamiento térmico y de radiación UV a la unidad de silicona (4); y unaunidad de soporte estacionaria (18) para proporcionar la base para todas la unidades de conexión de tubo de vidrioen el que; el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacío (E) se instala en su totalidad de la formasiguiente; la unidad metálica de soporte estacionaria (18) se desliza en la tubería metálica de recepción de calor (1),la unidad de cerámica (7) se desliza sobre la tubería metálica de recepción térmica (1) y se dispone en el interior dela unidad de soporte estacionaria (18), juntas de cierre al vacío (25) se disponen en los pernos (19) en ambos ladosde la unidad de soporte metálica (18), las anillas metálicas (26) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de launidad de soporte metálica (18), tubos de vidrio (2) previamente dispuestos en la unidades de silicona (4) sondeslizados en posición desde ambos lados, las anillas metálicas (27) son deslizadas en la unidad de silicona (4) conel fin de presionarla para proporcionar un cierre al vacío, la totalidad de la unidad es asegurada con pernos (28), elensamblaje completo es instalado en la mitad inferior (6) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21), lamitad superior (5) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21) es bajada y asegurada.

Sistema de colector solar de campo Campo de la tecnica [0001] Esta invencion se refiere a los desarrollos en los colectores en forma cilindro-parabolica que concentran la luz solar en el eje de un foco, convirtiendola en otras formas de energia tales como calor y electricidad.

Estado de la tecnica [0002] Actualmente, los colectores cilindro-parabolicos (sistema de colector solar de campo) son utilizados para captar la energia solar a fin de obtener de esta electricidad y calor. Estos sistemas comprenden largos reflectores parabolicos con forma cilindro-parabolica, tubos de recepcion termica que son situadas en el foco de los reflectores donde los rayos que vienen desde los reflectores son captados y en el que hay un fluido, y un sistema de rotacion que alinean los reflectores con el sol. Los rayos que llegan a los recolectores que estan dirigidos hacia el sol son reflejados y captados en los tubos de recepcion termica que estan situados en el foco del reflector. El tubo d e recepcion termica esta provisto con dos tub os dentro donde una disposicion de vacio esta situad a en el espacio entre ellos. Un fluido que proporciona la transferencia de calor, se pasa a traves del t ubo interior. El tubo exterior esta fabricado de vidrio. Mediante la concentracion de los rayos que llegan desde los reflectores en el tu bo de recepcion termica, este tubo logra temperaturas muy altas; de esta manera, el fluido situado en el tubo interior puede ser calentado. La energia termica puede ser convertida en la energia electrica, cuando se desee, por medio de estos fluidos que logran temperaturas altas.

Los colectores solares de campo existentes del tipo de tecnologia de energia termica tiene problemas de diseno que causan perdida de eficiencia termodinamica y un aumento de los costes de fabricacion, instalacion, funcionamiento y mantenimiento: Estos problemas de diseno son los siguientes:

Por su naturaleza, una parabola reflectante debe recibir la incidencia solar en un angulo perpendicular a su apertura a fin de ser capaz de concentrarla en su punto focal. Ya que el radio de la tuberia de recepcion termica (alrededor de 8 cm) situada en el punto focal de la parabola es relativamente pequeno en comparacion con la apertura de la parabola (alrededor de 570 cm) , incluso pequenos desplazamientos desde su posicion perpendicular causan que la calidad de la concentracion baje y que finalmente pierda la tuberia de recepcion termica. Por tanto, se requiere que el "colector cilindro-parabolico" siga de forma precisa el sol todo el dia a una velocidad equivalente a la de la rotacion de la tierra (0, 004 grados/segundos. o 0, 25 grados/minuto.) .

Todos los disenos actuales estan basados en la colocacion del centro de rotacion en el centro gravitacional del peso total de todas las partes giratorias. Esto se hace para reducir la cantidad de energia requerida para la rotacion.

Sin embargo, ya que el "centro de rotacion" y el "punto focal" (8) de la parabola no estan superpuestos en estos sistemas, como se muestra en la figura 1, la tuberia de recepcion termica tiene que ser girada todo el dia para mantenerla en el punto focal de la parabola (8) que esta moviendose continuamente. Esto a su vez requiere que la tuberia de conexion de extremos que conectan la tuberia de recepcion termica en movimiento con la conduccion de vapor estacionaria en el suelo deba de ser flexible.

Los sistemas de colectores solares de campo que son construidos por LUZ en California (USA) pueden ponerse como un ejemplo de estos sistemas. En los sistemas de LUZ, los reflectores parabolicos que son muchos metros mas largos que los tubos de recepcion termica que estan situados en sus focos son rotados conjuntamente. El problema mas fundamental de este sistema es que los tubos de recepcion termica que estan fabricados con un material fragil son movibles. En tanto que los tubos de recepcion termica sean movibles, seran objeto de mayor carga de par y son utilizadas mangueras flexibles en las conexiones de los puntos de comienzo y final de los reflectores parabolicos con los tubos fijos. Los tubos de recepcion termica que son objeto de la carga de par tienen mayores posibilidades de romperse. Por otro lado, se entiende que las conexiones de mangueras flexibles no es un sistema seguro ya que la temperatura del fluido que es transferido dentro del tubo de recepcion termica es de 300 a 500°C. Ademas, se ha averiguado de las observaciones de campo que la estructura de armazon, que soporta los espejos parabolicos, es tambien debil contra el par y el movimiento de carga que actua debido a la unidad de traccion y al viento. Debido a estas cargas, los reflectores parabolicos se rompen frecuentemente, causando por tanto el aumento de coste de funcionamiento.

Por tanto, despues de varias pruebas tuvieron que cambiar de "Direct Steam Generation [generacion de vapor directa]" (DSG) a utilizar aceite como el "heat transfer fluid" (liquido de transferencia termica) . Aunque el aceite caliente no tiene las dinamicas del vapor, las mangueras seguian rompiendose ocasionalmente, derramando aceite en los colectores parabolicos cubiertos de espejo. El aceite caliente es luego bombeado a la estacion central donde se pasa a traves de intercambiadores termicos para generar vapor desde los depositos de agua. Sin embargo esta operacion en dos etapas resulta en perdidas termodinamicas hasta del 15%.

2º

Debido a los problemas encontrados en el sistema de LUZ anteriormente indicado, se inicia el proyecto EUROTROUGH apoyado por la Union Europea. En el ambito de este proyecto, la parte inferior de los reflectores parabolicos estan sustentados por una estructura de armazon que pueda resistir mas contra el par y la carga de movimiento, y hay tubos movible no flexibles unidos a las uniones giratorias en los puntos de conexion de los tubos de rec epcion termica mov ible con los tub os fijos. A unque e l sistem a de armazon que es desarrollado por EUROTROUGH es mas seguro que el sistema de LUZ, no se pudieron eliminar completamente los problemas de roturas de los tubos de recepcion termica. Se entiende a partir de las observaciones de campo, que la posibilidad de rotura de los tubos de recepcion termica solo se reduce en cierta medida ya que en este sistema son movibles tambien. Ademas, tambien se ha revelado a partir de las observaciones de campo que el fluido caliente se fuga frecuentemente de estas conexiones de los tubos de recepcion termica que comprenden puntos de conexion de articulacion rotatoria.

Otro problema de diseno que existe en las tecnologias actuales puede verse en la figura 2, que muestra que la conexion entre los tubos de vidrio (2) y las tuberias receptoras termicas metalicas (103) . En las tecnologias actuales el tu bo de vidrio (102) es c onectado a l as tuberias receptoras termicas m etalicas (103) desde ambos extremos por una unidad de dilatacion metalica (101) . Estas partes metalicas son conectadas a los tubos de vidrio (102) por medio de una tecnica especial de soldado laser. El vacio es formado e n el anillo de la tuberia metalica (103) y del tubo de vidrio (102) durante el proceso de soldado. Despues estas unidades son soldadas conjuntamente para formar la longitud total del elemento de recepcion termica. Sin embargo:

- Cuando el agua alcanza temperaturas por encima de 300° C, se escapaunpoco de hidrogeno del agua y pasaa traves de la tuberia de vapor a la zona de vacio. Ya que hay presion atmosferica en el exterior, el hidrogeno permanece en el anillo al vacio y causa que el vacio baje gradualmente. Para prevenir esto, se desarrolla una barra metalica especial denominada "desgasificador (getter) " y es situada en el interior de tubo de vidrio. Sin embargo, el desgasificador tiene una capacidad especifica de absorber hidrogeno. Esta es una d e las razones importantes de porque los disenos actuales han vuelto a utilizar aceite como fluido de transmision termica en lugar de lograr el deseado generacion de vapor directa.

-Las partes metalicas de dilatacion soldadas al vidrio tienen una resistencia muy baja al calor. Por tanto, reduc e gradualmente la conexion especial del tubo de vidrio.

-La pieza metalica de dilatacion conduce inevitablemente parte de la vibracion y el par creado por las partes metalicas a los tubos de vidrio, causando que estos se rompan.

Existe un problema adicional de diseno en separadores de alta presion (se pueden ver en la figura 24) . Ya que los ensamblajes de recepcion termico (tuberia metalica, tubos de vidrio etc.) son situa dos horizontalmente, dependiendo de la cuantia de caudal de entrada de agua (45) , un parte del agua (46) a traves de la tuberia no llega a hacerse vapor (47) . Por tanto la descarga, especialmente desde algunas de las primeras unidades, contiene agua caliente (46) asi como vapor (47) . Esto tambien impide que el vapor... [Seguir leyendo]

1. Sistema d e colector s olar de cam po, q ue com prende una pluralidad de r eflectores par abolicos; un tubo de recepcion termica, cuyo centro coincide con el foco de los reflectores parabolicos yque consiste en una tuberia metalica de recepcion termica (1) y tubos de vidrio (2) que estan alojados dentro, en el que para permitir la dilatacion de la tuberia metalica de recepcion termica (1) y su desplazamiento libre e independientemente de los tubos de vidrio (2) , para proporcionar cierre al vacio, para proporcionar un soporte para la totalidad del elemento receptor termico (D) , y tambien para proporcionar una camara de vacio continuo para la longitud total de la unidad colectora parabolica, un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) conecta entre si los tubos de vidrio (2) y la tuberia met alica d e rece pcion termica (1) ; Para permitir que la tuberia meta lica de recepc ion termica (1) permanezca inmovil mientras el panel parabolico esta girando alrededor de esta, una unidad de soporte rotativo (21) conecta el panel parabolico al sistema conector de tubo de vidrio (E) ; para proporcionar un cierre al vacio mientras la tuberia metalica de recepcion termica (1) se desplaza debido a la dilatacion termica, se disponen unidades de dilatacion fle xibles (2 9) en el e xtremo d e cada un idad colectora p arabolica; y para preve nir q ue el ag ua n o evaporada restante pase a traves de otros colectores y para proporcionar el factor de dilatacion termica para la tuberia metalica de recepcion de calor (1) , se dispon en bucles verticales (52) entre los colectores parabolicos sucesivos conectados en serie, situados en el lado de evacuacion de la unidad parabolica en el que, el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio (E) comprende una unidad ceramica (7) para permitir a la tuberia metalica de recepcion termica (1) dilatarse y deslizarse libremente sobre las bolas (11) situadas en el centro de la unidadceramica (7) y para proporcionar aislamiento termico entre la tuberia metalica de recepcion termica (1) situada en el centro de esta y los tubos de vidrio (2) ;unidades de silicona (4) para proporcionar cierre al vacio alrededor del tubo de vidrio (2) y para proporcionar suficiente flexibilidad para proteger el tubo de vidrio (2) de las vibraciones y de las fuerzas de flexion que pudieran producirse en las partes metalicas; Una unidad de proteccion contra calor y UV (3) para proporcionar aislamiento termico y de radiacion UV a la unidad de silicona (4) ; y una unidad de soporte estacionaria (18) para proporcionar la base para todas la unidades de conexion de tubo de vidrio en el que; el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) se instala en su totalidad de la forma siguiente; la unidad metalica de soporte estacionaria (18) se desliza en la tuberia metalica de recepcion de calor (1) , la unidad de ceramica (7) se desliza sobre la tuberia metalica de recepcion termica (1) y se dispone en el interior de la unidad de soporte estacionaria (18) , juntas de cierre al vacio (25) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de la unidad de soporte metalica (18) , las anillas metalicas (26) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de la unidad de soporte metalica (18) , tubos de vidrio (2) previamente dispuestos en la unidades de silicona (4) son deslizados en posicion desde ambos lados, las anillas metalicas (27) son deslizadas en la unidad de silicona (4) con el fin de presionarla para proporcionar un cierre al vacio, la totalidad de la unidad es asegurada con pernos (28) , el ensamblaje completo es instalado en la mitad inferior (6) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21) , la mitad superior (5) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21) es bajada y asegurada.

2. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que la unidad ceramica (7) consiste en dos mitades cilindricas huecas (8) ; en un lado de cada mitad (8) , hay una pluralidad de juntas de rotula (9) ; estando alojadas las bolas (11) entre las dos mitades de la unidad ceramica (7) , en el interior de dichas juntas de rotula (9) , for mando un a e specie de c ojinete; dic has d os mitades ( 8) de la u nidad ceramica ( 7) son pe gadas mutuamente, asegurando que el pegamento no llegue cerca de las bolas (11) , despues de que la bolas (11) se situen entre las mitades (8) ; ademas de pegadas, dichas mitades ceramicas (8) son tambien atornilladas para proporcionar solidez adicional.

3. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 2 en la que, dichas bolas (11) estan fabricadas de material ceramico.

4. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que la unidad de silicona (4) tiene forma de cilindro hueco, en el que la cara trasera (12) de este cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de proporcionar una forma tipo brida (15) ; existiendo en la cara delantera (13) de la unidad de silicona (4) una ranura circular (16) ; el labio externo (14) de la unidad de silicona (4) se m antiene de espesor fino para aumentar su flexibilidad.

5.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que; la unidad de proteccion contra calor y UV (3) es una unidad aislante flexible, utilizada para deslizarla sobre la cara interior de la unidad de silicona (4) cubriendola.

6.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 o reivindicacion 4 en el que la unidad de proteccion contra calor y UV (3) tiene una forma cilindrica hueca, la cara trasera (17) de cuyo cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de cubrir la cara anterior (13) de la unidad de silicona (4) .

7. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1, reivindicacion 4 o reivi ndicacion 5 en e l que la unidad de proteccion contra el calor y los UV (3) esta fabricada de lana ceramica.

8. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, la base de la unidad de soporte metalica (18) es una anilla circular, con sus labios exteriores formando una anilla en forma de U cilindrica (20) , los pernos (19) a los que seran ajustados las juntas, las anillas metalicas y la piezas de silicona son soldadas a la pieza

metalica de esta unidad de soporte metalica (18) para eliminar las tuercas en el interior de la anilla en forma de U

(20) donde estaran las ruedas de alineamiento y/o las bolas de alineamiento.

9. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, el soporte giratorio y la unidad de alojamiento (21) comprende un ensamblaje de bolas de alineamiento (o ruedas) (23 ) que proporciona una guia multidireccional para este soporte giratorio (21) y una unidad de alojamiento para deslizar alrededor del sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) ; una bisagra (22) para permitir a la mitad superior de esta unidad de soporte (21) abrirse mientras los tubos de vidrio (2) son instalados y con la ayuda de esta bisagra (22) , despues de que la instalacion de los tubos de vidrio (2) ha sido completada, la mitad superior de esta unidad de soporte (21) es cerrada y fijada a la mitad inferior; un conector (23) a la pata de soporte que esta unido al colector parabolico.

10.Sistema de colecto solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que despues de colocar el ultimo sistema de conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio (E) , la unidad de dilatacion flexible (29) es unida a la unidad de soporte (18) de igual manera como si otro ensamblaje de tubo de vidrio (2) se dispusiera por encima.

11.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que la union de la unidad de dilatacion (29) a la tuberia metalica de recepcion termica (1) comprende las siguientes etapas, las boquillas roscadas atornilladas (32) son soldadas a las tuberias (1) ; las bridas atornilladas (33) son fijadas en las boquillas roscadas atornilladas (32) ; las anillas flexibles (34) son embutidas entre los labios interiores de las bridas (33) y el espesor de pared de las boquillas roscadas atornilladas, una anilla de silicona (35) se fija sobre la brida (33) , las anillas metalicas (37) son utilizadas para apretar las juntas flexibles (36) , los pernos (38) son apretados para fijar la totalidad del montaje y una junta (36) es utilizada alrededor de pernos (38) para proporcionar un cierre al vacio.

12. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que despues del ultimo tubo de vidrio (2) y la unidad de dilatacion (48) del colector cilindro-parabolico anterior, la tuberia metalica de recepcion termica (1) pasa a traves de un anclaje corredizo (49) y despues de formar un bucle vertical (52) , esta llega a un anclaje fijo (50) situado en el lado de entrada del siguiente colector parabolico.

13. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, el sistema tambien incluye un cortavientos (53) de 2 metros de alto para envolver el colector solar de campo a fin de desviar el viento (55) por encima de dichos colectores parabolicos (54) .

14. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, un tubo de vidrio adicional (58) es montado en el lado de descarga del sistema.

15. Sistem a d e col ector s olar de cam po de acuerdo c on l a re ivindicacion 1 en el qu e p ara permitir un fac il movimiento de los reflectores parabolicos (62) y una buena resistencia contra la carga del viento, dicho sistema comprende una estructura giratoria (61) que reposa en una pluralidad de ruedas (66) posicionadas en una estructura estacionaria semicircular (65)

16. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 14 en la que, la estructura giratoria (61) soporta el panel de espejo parabolico (62) , tirando de las cuerdas (64) , dichas cuerdas (64) son arrastradas por un motor central de velocidad ajustable.

17. Sistema de colector solar cilindro-parabolicos de campo de acuerdo con la reivindicacion 15 en el que, la velocidad del motor central es ajustada por sensores solares.

Posicion manana Posicion mediodia Po sicion tarde F igura 1

Figura 2 Figura 3 F igura 4

F igura 5 Figura 6

Figura 7 Figura 8

F igura 9 F igura 10

Figura 11 F igura 12

F igura 13 Figura 14

F igura 15 F igura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21

F igura 22 F igura 23 F igura 24

F igura 25 F igura 26

F igura 27

F igura 28 a Figura 28 b

Figura 29 F igura 30

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCION

La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aun cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripcion EP 1787067 A [0012] W O 9838457 A [0013]