SISTEMA DE CONDENSACIÓN DE VAPOR.

Un sistema (10) de condensación del vapor para uso con aparatos colectores de energía solar radiante (17) del tipo que incluye concentradores de energía solar (20) y en el que se genera vapor para suministrarle a una carga tal como una turbina de vapor,

el sistema (10) utiliza los concentradores de energía solar (20) emitir directa o indirectamente energía calorífica del vapor de escape de dicha carga. El aparato colector (17) puede flotar en un cuerpo líquido (19) y se transfiere energía calorífica del vapor de escape al cuerpo líquido (19) y la energía calorífica del cuerpo líquido (19) es disipada por radiación por los concentradores (20).

SISTEMA DE CONDENSACIÓN DEL VAPOR Campo técnico

Esta invención se refiere a un sistema de condensación del vapor y, en particular, a un procedimiento y aparato para condensar vapor salido de una máquina de vapor que sea alimentada con vapor desde un aparato colector de energía solar. El procedimiento y aparato de condensación del vapor de la invención tienen aplicación particular, pero no exclusiva, en sistemas generadores de energía termosolar con colectores solares que floten en un cuerpo líquido.

Antecedentes de la técnica

Son bien conocidos los aparatos colectores de energía solar radiante en los que la energía solar se colecta y concentra en un receptor de energía solar. Dicho aparato se utiliza para la producción de energía eléctrica, por ejemplo, en centrales termoeléctricas solares en las que un líquido o gas calentado por energía solar se convierte en un vapor que se utiliza para generar energía utilizable. Los concentradores de energía solar utilizados en dicho aparato pueden ser de varios diseños. Por ejemplo, los concentradores pueden tener un diseño en forma de plato o cilindro parabólico, en donde un plato o cilindro parabólico concentra la radiación solar recibida en un absorbedor o receptor, típicamente en forma de tubo, u otro objetivo, que contiene un fluido de trabajo que transfiere el calor. Los concentradores en forma de cilindro parabólico también pueden presentar una forma compuesta y comprender, por ejemplo, una pluralidad de reflectores, que pueden ser planos o de configuración curva.

El fluido de trabajo que transfiere el calor pasa a través del absorbedor o receptor y se calienta o sobrecalienta, y se usa para impulsar una máquina o turbina. Por ejemplo, cuando el fluido de trabajo es agua, el agua se convierte en vapor de agua sobrecalentado que se le puede suministrar a una turbina de vapor. Para permitir la generación de suficiente energía, una central termoeléctrica solar puede tener varios platos o cilindros parabólicos que ocupan una gran superficie de tierra.

En otros sistemas conocidos como heliostatos, una torre central soporta un objetivo a través del que fluye el fluido de trabajo y una serie de espejos chatos que se montan para seguir el movimiento del sol se disponen para enfocar los rayos del sol en el objetivo en la torre para calentar el fluido de trabajo, que entonces se puede utilizar para impulsar una máquina.

En mi solicitud de patente internacional número PCT/AU99/14 doy a conocer un aparato colector de energía radiante que incluye una estructura de plataforma que flota en un cuerpo líquido, típicamente agua, usualmente contenido en un depósito. Los reflectores de un concentrador solar, en una configuración de Fresnel, se soportan en el lado superior de la estructura de plataforma para concentrar la energía solar hacia un concentrador secundario, que concentra la energía en un receptor de energía solar que usualmente comprende tubos a través de los que fluye el líquido de transferencia del calor. El fluido de transferencia del calor puede ser agua, que se convierte en vapor cuando el receptor se expone a la energía solar concentrada, y el vapor es sobrecalentado para suministrarlo a una turbina de vapor que puede impulsar un generador eléctrico para el suministro de energía. Para la eficiencia de operación se prefiere que el vapor de escape de la turbina de vapor sea condensado en forma de agua y, entonces, el agua se reutilice como fluido de trabajo en el sistema.

Habitualmente se utilizan varios diseños diferentes de condensador para condensar el vapor en forma de agua, incluso condensadores refrigerados por agua y condensadores refrigerados por aire. Una desventaja en particular de los condensadores refrigerados por agua es que se necesita tener un suministro de agua para refrigerar el condensador y absorber el calor del vapor. Además, los condensadores refrigerados por agua suelen presentar una construcción relativamente compleja. Cuando se requiere agua para ser utilizada en un condensador de vapor, un diseño que requiera agua para condensación o refrigeración puede entrar en conflicto con la ubicación de las plantas termosolares. Por ejemplo, dichas plantas a menudo se ubican en áreas remotas, como zonas desérticas, en donde, si bien hay disponible elevada radiación solar, puede haber recursos hídricos limitados. Por consiguiente, la ubicación más eficiente para dicha planta se puede ver afectada por la dificultad en obtener un adecuado suministro de agua. Algunas autoridades, además, prohíben el uso de agua potable para dichas aplicaciones.

El uso de agua se puede reducir utilizando condensadores refrigerados por aire, para reconvertir el vapor en agua. La refrigeración por aire de los fluidos ha experimentado un

aumento en importancia si se la compara con la convencional refrigeración a agua, debido a

las crecientes dificultades para obtener suministros de agua adecuados y al problema de la polución térmica y biológica causada por el uso del agua. En los típicos condensadores refrigerados por aire, se hace fluir el fluido o vapor a condensar a través de hileras de tubos intercambiadores de calor aleteados con ventiladores que impulsan aire por los tubos y se colecta el condensado en una válvula común. A medida que el aire fluye entre las hileras de manera secuencial, se condensa más vapor en la primera hilera de los tubos intercambiadores de calor que en las hileras subsiguientes y, por lo tanto, la capacidad de condensar varía en el condensador. Otros condensadores refrigerados por aire, además de presentar un alto coste y gran volumen, tienen una serie de desventajas adicionales, puesto que no pueden soportar variaciones de carga.

Por consiguiente, es deseable disponer de un sistema mejorado de condensación del vapor que sea aplicable, en particular, a aparatos colectores de energía solar radiante.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona en un aspecto preferente, un sistema de condensación del vapor para uso con aparatos colectores de energía solar radiante del tipo que incluye un concentrador de energía solar y en el que se genera vapor para suministrarlo a una carga, y caracterizado porque dicho sistema utiliza dicho concentrador de energía solar para emitir directa o indirectamente energía calorífica del vapor de escape de dicha carga.

Típicamente, la carga comprende una máquina de vapor, y el vapor generado se utiliza como fluido de trabajo para la máquina de vapor. El vapor condensado en el sistema de condensación comprende vapor de escape de la máquina.

De manera adecuada, el vapor es pasado a través de un intercambiador de calor, y la energía calorífica extraída en uso del vapor en el intercambiador de calor es emitida directa o indirectamente por el concentrador.

En aparatos colectores de energía solar del tipo dado a conocer en mi mencionada solicitud de patente internacional número PCT/AU99/14, en los que el concentrador de energía solar flota en un cuerpo líquido como, por ejemplo, agua, el intercambiador de calor utiliza el cuerpo líquido y el intercambio de calor ocurre entre el vapor de escape y el cuerpo líquido.

De este modo, en esta forma de realización el intercambiador de calor está indirectamente asociado con el concentrador. Para efectuar el intercambio de calor como se describe arriba, el vapor de escape se puede pasar o dirigir a través de uno o varios ductos de cualquier configuración, sumergidos en el cuerpo del líquido o en contacto con este. Se pueden disponer una o varias bombas adecuadas para bombear el vapor de escape a través del ducto o ductos, o la presión del sistema puede ocasionar el pasaje del vapor de escape a través del ducto o ductos.

Debido al efecto refrigerante del agua en el que el vapor está en contacto indirecto a través del ducto o ductos, se transfiere energía calorífica del vapor de escape hacia el cuerpo líquido. De este modo, el vapor de escape se condensa y se convierte en agua o líquido. Además, el cuerpo líquido en el que flotan los concentradores solares se calienta debido a la transferencia de energía calorífica del vapor en condensación. El calentamiento del cuerpo líquido continuará durante el día, a medida que el vapor continúe siendo generado por el aparato colector de energía radiante y suministrado a la máquina de vapor, pasando el vapor de escape de la máquina a través del cuerpo líquido. A medida que se calienta el cuerpo líquido, el concentrador o concentradores solares que están flotando en el cuerpo líquido también se calientan por conducción, y los concentradores de energía solar emiten energía radiante, disipando energía calorífica del cuerpo líquido y provocando su refrigeración. Esto, por consiguiente,...

1. Un sistema de condensación del vapor para uso con aparatos colectores de energía solar radiante del tipo que incluye un concentrador de energía solar y en el que se genera vapor para suministrarle a una carga y caracterizado porque dicho sistema utiliza dicho concentrador de energía solar para emitir directa o indirectamente energía calorífica del vapor de escape de dicha carga.

2. Un sistema, según la reivindicación 1, que incluye un intercambiador de calor para recibir el mencionado vapor de escape y en donde la energía extraída en uso del vapor en el intercambiador de calor es emitida directa o indirectamente por el concentrador.

3. Un sistema de condensación del vapor, según la reivindicación 1 o 2, en donde el mencionado concentrador de energía solar flota en un cuerpo líquido y en donde ocurre el intercambio de calor entre dicho vapor de escape y dicho cuerpo líquido.

4. Un sistema de condensación del vapor, según la reivindicación 3, en donde el mencionado intercambiador de calor comprende un ducto para recibir el vapor de escape, estando el ducto sumergido en el cuerpo líquido o en contacto con este, de modo que la energía calorífica en el vapor de escape se puede transferir en uso a dicho cuerpo líquido.

5. Un sistema de condensación del vapor, según la reivindicación 3, en donde el mencionado intercambiador de calor comprende un condensador para recibir dicho vapor de escape y aparatos para circular líquido desde el mencionado cuerpo líquido a través del condensador para condensar el vapor dentro del condensador y en donde la energía calorífica se transfiere a dicho cuerpo líquido desde dicho vapor para ser emitida por el mencionado concentrador.

6. Un sistema de condensación del vapor, según la reivindicación 2, en donde el intercambiador de calor comprende el mencionado concentrador y aparatos de pasaje montados o ubicados en la parte trasera del concentrador o cerca de esta para recibir dicho vapor de escape.

7. Un sistema, según la reivindicación 6, en donde los mencionados aparatos de pasaje

comprenden un ducto o una pluralidad de ductos.

8. Un sistema, según la reivindicación 7, en donde dicho ducto o ductos están fijados en la parte trasera del concentrador.

9. Un sistema, según la reivindicación 7, en donde los mencionados aparatos de pasaje comprenden una cámara o camisa hueca.

1. Un procedimiento de condensación del vapor, para ser utilizado con aparatos colectores de energía solar radiante, del tipo que incluye un concentrador de energía solar y en el que se genera vapor para suministrarle a una carga, dicho procedimiento incluye los pasos de extraer energía calorífica del vapor de escape de dicha carga y utilizar dicho concentrador de energía solar para emitir directa o indirectamente energía calorífica extraída de dicho vapor de escape.

11. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde el mencionado aparato colector de energía solar radiante flota en un cuerpo líquido y se transfiere energía calorífica del vapor de escape al cuerpo líquido, para que sea emitida por el concentrador de energía solar.

12. Un procedimiento según la reivindicación 1, en donde se transfiere energía calorífica del vapor de escape directamente al concentrador para ser emitida.

13. Aparato colector de energía solar radiante, del tipo que tiene un concentrador de energía solar y en el que se genera vapor para suministrarlo a una carga y caracterizado porque el concentrador de energía solar se adapta para emitir directa o indirectamente energía calorífica del vapor de escape de dicha carga.

14. Aparato según la reivindicación 13 que incluye un intercambiador de calor para recibir el mencionado vapor de escape y en donde la energía calorífica extraída en uso del vapor de escape en el intercambiador de calor es emitida directa o indirectamente por el concentrador.

15. Aparato según la reivindicación 13 o 14, en donde el mencionado concentrador de energía solar flota en un cuerpo líquido y en donde ocurre intercambio de calor entre dicho vapor de escape y dicho cuerpo líquido.

16. Aparato según la reivindicación 15 que incluye un ducto para recibir el mencionado vapor de escape, estando dicho ducto sumergido en el cuerpo líquido o en contacto con este, de modo que la energía calorífica en el vapor de escape se puede transferir en uso a dicho cuerpo líquido.

17. Aparato según la reivindicación 15, en donde el mencionado intercambiador de calor comprende un condensador para recibir el vapor de escape y aparatos para circular líquido desde el mencionado cuerpo líquido a través del condensador para condensar el vapor dentro del condensador y en donde se transfiere energía calorífica a dicho cuerpo líquido desde dicho vapor de escape para ser emitida por el mencionado concentrador.

18. Aparato según la reivindicación 13, en donde el mencionado intercambiador de calor comprende aparatos de pasaje montados o ubicados en la parte trasera del concentrador o cerca de esta para el pasaje del mencionado vapor de escape, para que el concentrador emita energía calorífica o para el pasaje de un refrigerante para refrigerar dicho concentrador.

19. Aparato según la reivindicación 18, en donde los mencionados aparatos de pasaje comprenden un ducto o ductos o una cámara o camisa vacía.

2. Aparato generador de energía, que comprende un aparato colector de energía solar radiante que incluye un concentrador de energía solar para generar y/o calentar vapor, dicho concentrador de energía solar está dispuesto para flotar en un cuerpo líquido, una turbina o máquina de vapor para recibir dicho vapor generado y/o calentado, dicha turbina o máquina está adaptada para impulsar una carga, y aparatos intercambiadores de calor para transferir calor del vapor de escape desde dicha turbina o máquina hacia dicho cuerpo líquido para, como mínimo, condensar parcialmente vapor de escape de dicha turbina o máquina.

21. Aparato generador de energía, según la reivindicación 2, en donde el mencionado aparato intercambiador de calor comprende un ducto o ductos dentro del mencionado cuerpo líquido, para transportar el mencionado vapor de escape a través de dicho cuerpo líquido para efectuar el intercambio de calor entre ellos.

22. Aparato generador de energía, según la reivindicación 18, en donde el mencionado intercambiador de calor comprende un condensador de vapor para recibir el mencionado vapor de escape y aparatos para circular líquido desde el mencionado cuerpo líquido a través de dicho condensador, para permitir el intercambio de calor entre dicho líquido y

dicho vapor de escape.

23. Aparato generador de energía, que comprende un aparato colector de energía solar radiante que incluye un concentrador de energía solar para generar y/o calentar vapor, una turbina o máquina de vapor para recibir dicho vapor generado o calentado para impulsar un

generador de energía, y estando dicho concentrador adaptado para emitir calor del vapor de escape de dicha turbina o máquina, para condensar, como mínimo parcialmente, dicho vapor de escape de dicha turbina o máquina de vapor.