Conectores para tubos absorbedores en una central solar de concentración.

Conexión de centrales solares de concentración, que comprenden dos terminales (301,

302; 301', 302') para acoplar respectivamente con los tubos metálicos internos de dos conductos solares a conectar, estando dotados dichos terminales (301, 302; 301', 302') de medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco, en la que dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco comprenden una tuerca anular (303, 303') montada sobre uno de dichos terminales (302, 302') y que puede girar libremente alrededor del mismo, estando dotado el otro terminal (301, 301'), sobre su circunferencia externa

- de una serie de espigas (305) que encajan con un número correspondiente de ranuras perfiladas y en ángulo, realizadas en dicha tuerca anular (303); o

- de una rosca (305') que engrana con una correspondiente contrarrosca (305'') realizada en dicha tuerca anular (303').

cada uno de dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco de dichos terminales (301, 302; 301', 302') comprendiendo por lo menos un asiento (311', 311)" para alojar una parte respectiva de una espiga antirrotación (312', 312)".

Conectores para tubos absorbedores en una central solar de concentración La presente invención se refiere a conectores de tubos de recepción irradiados por el sol, en centrales solares de concentración.

Más específicamente, la invención se refiere a conectores adecuados para una conexión rápida de tubos de recepción de centrales solares de concentración. Dichos conductos solares o calentadores solares, gracias a la siguiente invención, se conectan fácilmente para realizar las centrales solares de concentración, aplicados usualmente en parábolas (plantas solares de cilindros parabólicos) pero no exclusivamente (tecnología de Fresnel) .

Dicha invención permite, además, compensar las dilataciones lineales de los conductos solares, debidas a las diferencias de temperatura que tienen lugar como consecuencia de la irradiación solar y del calentamiento de un fluido portador de calor que fluye en el interior de los conductos solares mencionados anteriormente.

La presente invención incrementa la fiabilidad de dichas centrales solares de concentración y reduce los puntos críticos que tienen lugar durante las operaciones de instalación de dichas plantas. Finalmente, permite una flexibilidad operativa que no se puede obtener mediante las técnicas conocidas.

Como es bien sabido, el funcionamiento de una central solar de concentración sirve para la amplificación de la irradiación solar a través de la concentración de la propia irradiación por medio de espejos concentradores, que tienen generalmente, pero no necesariamente, forma parabólica, que transportan la irradiación sobre un tubo de recepción o conducto solar, para aumentar la potencia térmica recogida por el tubo y favorecer el aumento de la entalpía de un fluido portador de calor (calentamiento a alta temperatura, cambio de fase, etc.) que fluye en su interior, o en todo caso una transformación termodinámica que favorece transformaciones termoquímicas en el interior del fluido (reformulación química del fluido portador de calor) .

El fluido se utiliza a continuación para una serie de aplicaciones que explotan dicho estado termodinámico, tal como por ejemplo para aplicaciones relacionadas con la conversión de potencia térmica en potencia eléctrica por medio de plantas de transformación que utilizan turbinas de gas y turbinas de vapor o plantas combinadas; aplicaciones conectadas a procesos de reformulación (reformado) de hidrocarburos ligeros puros o mixtos (tales como, por ejemplo, metano, propano, butano, gas de petróleo licuado, metanol) dirigidos al enriquecimiento del combustible en fracciones de combustible que tienen un mayor valor (hidrógeno o hidrocarburos ligeros) , o la descomposición o reformulación de combustibles desde su formulación química original a formas moleculares más simples.

Incluso si las aplicaciones de los calentadores solares son más extensas, en lo que sigue se hará referencia en particular a su utilización como tubos de recepción en plantas dirigidas a la producción de potencia eléctrica según la tecnología de concentración solar termodinámica en espejos parabólicos ("colectores de concentrador parabólico") o según la tecnología de Fresnel, sin limitar por esta razón el alcance de la presente invención a esta aplicación solamente.

La tecnología que permite la utilización de energía solar para la producción de potencia eléctrica, en la presente memoria definida simplemente a continuación como "solar termodinámica", está basada en la concentración de energía solar sobre un tubo de recepción situado en el foco de un sistema de espejos parabólicos, y en cuyo interior fluye un fluido portador de calor (seleccionado actualmente, por ejemplo, entre aceites diatérmicos y sales fundidas) que aumenta su temperatura (según las aplicaciones actuales, hasta 550-600 º C) , a continuación poniéndose a disposición dicha potencia térmica, posiblemente a través de un fluido intermedio, por medio de una sección de acumulación de potencia térmica, para la conversión en potencia mecánica y/o eléctrica, a través de un ciclo termodinámico de transformación, tal como por ejemplo un ciclo de Rankine, de Hirn, de Joule o de Ericsson, de acuerdo con el cuál el fluido portador de calor o el fluido intermedio representan la fuente de alta temperatura.

La relación de concentración obtenida por los espejos parabólicos (actualmente, de 50 a 70) permite que el tubo aumente su temperatura, de manera que aumenta la entalpía del fluido portador de calor que fluye en el interior del mismo (normalmente, con el fin de aumentar la temperatura pero asimismo gracias a los cambios de estado) . Por lo tanto, el nivel de temperatura del fluido (o nivel de entalpía) es sensiblemente mayor con respecto a los valores que son posibles sin concentrar energía solar.

De este modo, es posible ampliar la utilización de energía solar concentrada, y transferida a alta temperatura, o entalpía, a sectores de aplicación que no serían posibles sin concentración, en particular, según ya se ha dicho, para alimentar ciclos termodinámicos para la conversión de potencia térmica en potencia mecánica y eléctrica, o para el reformado de combustible o para otras aplicaciones que requieren una temperatura o una entalpía elevadas.

De acuerdo con la técnica anterior, dichos conductos solares tienen estándares dimensionales y de fabricación bien definidos. Según la técnica anterior, dichos conductos se componen de:

a) un tubo interno, fabricado en un material metálico, cuyo grosor es tal que resiste las presiones del fluido portador de calor, recubierto según la técnica anterior con materiales específicos (tales como CERMED®) para la reducción de la energía re-irradiada y el aumento del coeficiente de absorción;

b) un tubo coaxial, fabricado de vidrio, aislado térmicamente de manera adecuada respecto del conducto solar y realizado con un material que es transparente a la radiación solar y opaco a la radiación re-irradiada por el tubo metálico; de manera que se recupera una fracción significativa de la energía re-irradiada por el tubo metálico (como consecuencia de su elevada temperatura de funcionamiento) ;

c) un hueco entre el tubo metálico y el tubo de vidrio, mantenido en vacío, que evita la transmisión de potencia térmica entre el tubo metálico y el tubo fabricado de un material transparente por los fenómenos de conducción y convección térmica;

e) un cierre de estanco estático entre el tubo metálico y el tubo de vidrio, junto con fuelles elásticos adecuados (metálicos) que permiten la absorción de las diferentes dilataciones axiales entre el tubo fabricado de metal y el fabricado de material transparente (vidrio) .

Los elementos a) , b) , c) y d) están integrados en una sola unidad que realiza las funciones descritas. Haciendo referencia a la técnica anterior, dichos tubos se muestran por ejemplo en las figuras 1a y 1b.

En particular, la figura 1a muestra una configuración según la cual la parte terminal del conducto solar muestra el sistema de compensación de diferentes longitudes de vidrio (exterior, b) y de metal (interior, a) , según la técnica anterior. El espacio c es tal que evita la transmisión de potencia térmica por convección y conducción. Es evidente que, en el caso mostrado en la figura 1a, la compensación provoca la comprensión del fuelle elástico d.

La configuración mostrada haciendo referencia a la figura 1b, en la parte terminal del conducto solar, muestra un sistema de compensación de la diferente prolongación de vidrio (exterior, b) y metal (interior, a) de acuerdo con la segunda solución de la técnica anterior. El espacio c es tal que evita la transmisión de potencia térmica por convección y conducción. En este caso, la compensación provoca el tensionado del fuelle elástico d.

La central solar de concentración se realiza disponiendo dichos tubos en el foco de parábolas de concentración, realizando de este modo unidades de gran longitud (la tecnología actual proporciona longitudes de cientos de metros) . Dichas parábolas de concentración agregadas giran mediante un sistema de accionamiento específico y siguen, de este modo, la posición del disco solar.

De acuerdo con la tecnología de la técnica anterior, las soluciones de centrales solares de concentración con espejos parabólicos giratorios que siguen el disco solar (denominadas asimismo, en inglés, concentrador parabólico) , tienen las características siguientes:

a) las dimensiones de los conductos solares (que son las unidades elementales de la planta) son de aproximadamente 4 m de longitud y de menos de 0, 01 m de diámetro;

b) una serie de conductos solares, conectados... [Seguir leyendo]

1. Conexión de centrales solares de concentración, que comprenden dos terminales (301, 302; 301', 302') para acoplar respectivamente con los tubos metálicos internos de dos conductos solares a conectar, estando dotados dichos terminales (301, 302; 301', 302') de medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco, en la que dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco comprenden una tuerca anular (303, 303') montada sobre uno de dichos terminales (302, 302') y que puede girar libremente alrededor del mismo, estando dotado el otro terminal (301, 301') , sobre su circunferencia externa -de una serie de espigas (305) que encajan con un número correspondiente de ranuras perfiladas y en ángulo, realizadas en dicha tuerca anular (303) ; o -de una rosca (305') que engrana con una correspondiente contrarrosca (305'') realizada en dicha tuerca anular (303') .

cada uno de dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco de dichos terminales (301, 302; 301', 302') comprendiendo por lo menos un asiento (311', 311) " para alojar una parte respectiva de una espiga antirrotación (312', 312) ".

2. Conexión de centrales solares de concentración según la reivindicación 1, caracterizada por que dichos terminales (301, 302; 301', 302') están acoplados por soldadura con dichos tubos metálicos de dichos conductos solares.

3. Conexión de centrales solares de concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco de dichos terminales (301, 302; 301', 302') comprenden además un asiento para el alojamiento de un cierre estático elástico (310, 310') , realizado alternativamente sobre uno de dichos dos terminales (301, 302; 301', 302') .

4. Conexión de centrales solares de concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada uno de dichos medios para el acoplamiento desplazable mecánico rígido recíproco de dichos terminales (301, 302; 301', 302') comprende por lo menos dos asientos (311') (311'') , que tienen diferente tamaño o forma, respectivamente para alojar una parte respectiva de dos espigas antirrotación (312', 312'') , que tienen un tamaño o una forma correspondiente.

5. Conexión de centrales solares de concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada uno de dichos dos terminales (301, 302; 301', 302') está conectado a un correspondiente terminal de un aparato de compensación que comprende un fuelle metálico (401) , conectado por medio de soldadura a cubos laterales (402) que conectan el fuelle con los dos terminales (403, 404) que se unen con dichos dos terminales (301, 302; 301', 302') acoplados con dichos tubos metálicos internos de conducto solar, y comprende además medios para reforzar y proteger contra las tensiones mecánicas debidas a un alineamiento axial imperfecto del sistema y medios para facilitar el flujo en el interior de la conexión.

6. Conexión de centrales solares de concentración según la reivindicación 5, caracterizada por que dichos medios para reforzar y proteger contra las tensiones mecánicas comprenden una serie de tirantes (405) , soportados por bridas (406) acopladas a su vez con dicho fuelle metálico (401) y con dichos cubos laterales (402) .

7. Conexión de centrales solares de concentración según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada por que dichos medios para facilitar el flujo en el interior de la conexión comprenden un sistema transportador telescópico (407) .

8. Conexión de centrales solares de concentración según la reivindicación 7, caracterizada por que dichos medios para facilitar el flujo en el interior de la conexión comprenden además un cierre elástico (408) , situado en el terminal de dicho transportador (407) .

9. Conexión de centrales solares de concentración según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada por que dichos cubos laterales (402) de dicho aparato de compensación son ambos rectos, o ambos curvos, o uno es curvo y otro es recto.

10. Conexión de centrales solares de concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende una pantalla contra la radiación.