Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración.

1. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración que comprende:



- un conjunto de receptores unitarios o cajones, acristalados por su zona inferior, que contienen en su interior una bancada de tubos paralelos conectados entre sí y dispuestos en varios pasos;

- un fluido de trabajo, que se calienta en su recorrido por los tubos en presencia de radiación solar concentrada;

- aire o cualquier otro gas, bien a presión parecida a la atmosférica o bien con vacío en el seno del cajón o receptor unitario y fuera de los tubos;

caracterizado porque en el extremo de entrada o de salida (1), o en ambos, se disponen los siguientes elementos:

- un anillo (2), bien elíptico o bien rectangular, soldado al tubo en el tramo de entrada o salida;

- un cárter contenedor del anillo soldado al tubo (3), conformado por dos placas, una interna y otra externa que, a su vez, están ranuradas de forma que la anchura de la ranura (4) es mayor que el diámetro del tubo y menor que el diámetro menor o lado menor del anillo soldado, y su longitud es superior a la longitud {del}L de dilatación neta del extremo deslizante y menor que el radio mayor o semi-lado menor del anillo soldado;

- una pluralidad de elementos de fijación (5) de las placas que conforman el cárter entre sí y con el cajón;

cuyo montaje debe se ejecuta de tal forma que al menos una placa que conforma el cárter esté en contacto con el anillo soldado al tubo y, al tiempo, ambas placas estén en contacto con las paredes del cajón en su interior y sujetas a él y entre sí mediante la pluralidad de elementos de sujeción.

2. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicación primera caracterizado porque el banco de tubos tiene un solo punto de anclaje al cajón.

3. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el cajón contiene un orificio de dimensiones mayores que los de la ranura (4) aplicada a las placas que conforman el cárter (3) y menores que las dimensiones de dichas placas, y se dispone el anillo soldado (2) en el tubo entre las dos placas que conforman el cárter (3).

4. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la longitud ΔL de dilatación neta del extremo queda determinada por la siguiente ecuación:

**IMAGEN-01**

donde los sumatorios se corresponden, en el caso de que se trate de la entrada deslizante:

- con los tramos enteros de los pasos que van desde la entrada hasta el punto de sujeción;

- el término positivo, con los tramos o pasos en los que el fluido circula desde la cabecera hacia el confín y el negativo al contrario;

- siendo Li las longitudes de dichos pasos o del tramo desde el extremo del tubo hasta el único punto de fijación de la bancada de tubos;

- y ΔTi es el incremento medio de respecto del ambiente en dicho tramo;

y, en el caso de que se trate de la salida deslizante, los símbolos empleados se corresponden con los mismos conceptos indicados pero el sumatorio positivo y negativo son lo contrario: positivo cuando el fluido discurre de confín a cabecera y viceversa.

Tipo: Modelo de Utilidad. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: U201530886.

Solicitante: UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACION A DISTANCIA..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PIERA CARRETE,MIREIA, MONTES PITA,Mª José, ROVIRA DE ANTONIO,Antonio José.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/46 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). › Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar.

Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO DE ENTRADA Y SALIDA DESLIZANTE DE TUBOS PARA RECEPTOR SOLAR DE CONCENTRACIÓN

SECTOR DE LA TÉCNICA 5

La invención se encuadra en el campo de las centrales termosolares de concentración, especialmente en aquellas en las que la tecnología de concentración es lineal, como es el caso de las centrales de tipo Fresnel de reflexión. Su uso resulta de interés relevante en dicha industria energética, particularmente cuando el receptor es de tipo multi-tubo, en el que el fluido se calienta a su paso por un circuito hidráulico que recorre el receptor en diversos pasos desde 10 la cabecera al confín del receptor y viceversa.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las centrales solares de concentración, en función de la aplicación a la que den servicio, deben calentar el fluido de trabajo que discurre por sus receptores hasta temperaturas habitualmente altas, desde una hasta varias centenas de grados Celsius por encima de la temperatura 15 ambiental. En este sentido, dado que el montaje del sistema, consistente esencialmente en tuberías y los elementos mecánicos asociados a ellas, se realiza a temperatura ambiente, y dado que la temperatura de trabajo es muy superior a la ambiental y, además, creciente a lo largo del conducto, es necesario dotar al conjunto de elementos o disposiciones que permitan acomodar las dilataciones de los materiales sin que se produzcan tensiones que pongan en 20 peligro su integridad.

En efecto, las altas temperaturas de trabajo producen dilataciones en los cuerpos en las tres dimensiones, siendo especialmente relevante en el caso de las conducciones la elongación a lo largo de la dimensión más larga o dominante del circuito. La ecuación que rige la dilatación libre de un cuerpo es la siguiente: 25

L = ·T·L

siendo L la longitud del cuerpo en cualquiera de sus tres dimensiones, L la dilatación en esa dimensión, el coeficiente lineal de dilatación térmica y T la variación de temperatura que origina la dilatación.

En el caso de receptores lineares, la dimensión dominante es la longitudinal: la que sigue el 30 fluido durante su calentamiento a lo largo de los sucesivos pasos de cabecera a confín y de confín a cabecera.

En ausencia de restricciones, el calentamiento del conjunto de tubos desde su temperatura de montaje hasta la de funcionamiento hace que estos se dilaten, por lo que la longitud entre los extremos desde la cabecera (extremo de entrada) hasta el confín (extremo opuesto a la cabecera) es mayor durante el funcionamiento que a temperatura ambiental. Este fenómeno, bien conocido, hace que el extremo del tubo en el confín se aleje del de la cabecera. Además, 5 el calentamiento es progresivo, por lo que la dilatación durante el siguiente paso desde el confín hacia la cabecera es mayor, y el extremo de cabecera de este siguiente tubo se desplaza con respecto a su posición de reposo en frío. Este efecto se produce sucesivamente en los tubos que conforman los distintos pasos, por lo que ninguno de los extremos, en ausencia de restricciones, queda en su ubicación original con respecto a la posición de 10 montaje, bien sean los extremos de la cabecera como los del confín.

Dentro del receptor, el conjunto de tubos ha de disponerse en el seno de un cajón que lo aloja. Si se desea un montaje estanco dentro del cajón y fuera de los tubos del circuito, que permita bien aplicar cierto vacío o depresión al receptor, o bien contener un gas inerte, con el fin último de preservar las características de los recubrimientos y/o pinturas de los tubos, es deseable 15 que los puertos de entrada y salida del fluido de trabajo que se calienta en los tubos sean fijos pues, de otra manera, es difícil garantizar la estanqueidad.

Sin embargo, la fijación de los puertos de entrada y salida es contraria a la libre dilatación antes mencionada. Pero también es conocido que las restricciones a las dilataciones, ante variaciones de temperaturas del orden de centenas de grados Celsius, provocan tensiones 20 significativas que ponen en juego la integridad del circuito y del receptor.

El objeto de la presente invención es permitir la dilatación libre de los puertos de entrada y/o salida del fluido del trabajo que se calienta en el receptor sin interferir en la estanqueidad del cajón que conforma la cavidad donde se ubica el circuito para, de esa forma, obtener ambos beneficios cuyas implementaciones usuales son de consecuencias contrapuestas. 25

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El receptor de la instalación termosolar está compuesto de un conjunto de receptores unitarios o cajones, acristalados por su zona inferior, que contienen en su interior una bancada de tubos paralelos conectados entre sí y dispuestos en varios pasos. Por el interior de los tubos circula un fluido de trabajo, que se calienta en su recorrido por los tubos en presencia de radiación 30 solar concentrada. Por el exterior de los tubos y en el interior del cajón se dispone de aire o cualquier otro gas, bien a presión parecida a la atmosférica o bien con vacío.

El fluido de trabajo entra en los tubos del receptor por el extremo de entrada situado en la cabecera, recorre el circuito hidráulico establecido, por donde se calienta progresivamente, y sale por el extremo de salida, situado bien en la cabecera, preferentemente, o bien en el confín, que es el extremo contrario a la cabecera.

Con objeto de permitir la dilatación libre uno de los extremos, entrada o salida, o de ambos, se disponen en dicho extremo o extremos los siguientes elementos:

- un anillo, bien elíptico o bien rectangular, soldado al tubo en el tramo de entrada o 5 salida;

- un cárter contenedor del anillo soldado al tubo, conformado por dos placas, una interna y otra externa que, a su vez, están ranuradas de forma que la anchura de la ranura es mayor que el diámetro del tubo y menor que el diámetro menor o lado menor del anillo soldado, y su longitud es superior a la longitud L de dilatación neta del extremo y 10 menor que el radio mayor o semi-lado menor del anillo soldado;

- una pluralidad de elementos de fijación de las placas que conforman el cárter entre sí y con el cajón.

Para el correcto funcionamiento, el banco de tubos tiene un solo punto de anclaje al cajón (el presente anclaje tubo-cajón no se debe confundir con la fijación de las placas que conforman el 15 cárter enumerada recientemente) . Esta indicación se entiende mejor si, de forma imaginaria, se desarrolla linealmente el circuito de tramos paralelos hasta convertirlo en una sola línea recta; en efecto, si no se desean introducir tensiones térmicas debido a las dilataciones solo se puede restringir el movimiento completamente en un solo punto. Además de la anterior prescripción, el cajón contiene un orificio de dimensiones mayores que los de la ranura aplicada a las placas 20 que conforman el cárter y menores que las dimensiones de dichas placas, y se dispone el anillo soldado en el tubo entre las dos placas que conforman el cárter. Asimismo, la longitud L de dilatación neta del extremo queda determinada por la siguiente ecuación:

L = | (i·Ti·Li) - (i·Ti·Li) |

Donde los sumatorios se corresponden, en el caso de que se trate de la entrada deslizante: 25

- con los tramos de los pasos que van desde la entrada hasta el punto de sujeción;

- el término positivo, con los tramos o pasos en los que el fluido circula desde la cabecera hacia el confín y el negativo al contrario;

- siendo Li las longitudes de dichos pasos o del tramo desde el extremo del tubo hasta el único punto de fijación de la bancada de tubos; 30

- y Ti es el incremento medio de respecto del ambiente en dicho tramo.

En el caso de que se trate de la salida deslizante, los símbolos empleados se corresponden con los mismos conceptos indicados pero el sumatorio positivo y negativo son lo contrario: positivo cuando el fluido discurre de confín a cabecera y viceversa.

El montaje debe ser de tal forma que al menos una placa que conforma el cárter esté en contacto con el anillo soldado al tubo y, al tiempo, ambas estén en contacto con las paredes del cajón en su interior y sujetas a él y entre sí mediante la pluralidad de elementos de sujeción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, la sección y el alzado de un un ejemplo de 5 materialización de la invención.

Para facilitar la comprensión de las figuras y de las materializaciones preferentes de la invención, a continuación se relacionan los elementos relevantes de la misma, que aparecen en las figuras:

1. Tramo de entrada o de salida del tubo por el que circula el fluido de...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración que comprende:

- un conjunto de receptores unitarios o cajones, acristalados por su zona inferior, que contienen en su interior una bancada de tubos paralelos conectados entre sí y dispuestos en varios pasos;

- un fluido de trabajo, que se calienta en su recorrido por los tubos en presencia de radiación solar concentrada;

- aire o cualquier otro gas, bien a presión parecida a la atmosférica o bien con vacío en el seno del cajón o receptor unitario y fuera de los tubos;

caracterizado porque en el extremo de entrada o de salida (1), o en ambos, se disponen los siguientes elementos:

- un anillo (2), bien elíptico o bien rectangular, soldado al tubo en el tramo de entrada o salida;

- un cárter contenedor del anillo soldado al tubo (3), conformado por dos placas, una interna y otra externa que, a su vez, están ranuradas de forma que la anchura de la ranura (4) es mayor que el diámetro del tubo y menor que el diámetro menor o lado menor del anillo soldado, y su longitud es superior a la longitud {del}L de dilatación neta del extremo deslizante y menor que el radio mayor o semi-lado menor del anillo soldado;

- una pluralidad de elementos de fijación (5) de las placas que conforman el cárter entre sí y con el cajón;

cuyo montaje debe se ejecuta de tal forma que al menos una placa que conforma el cárter esté en contacto con el anillo soldado al tubo y, al tiempo, ambas placas estén en contacto con las paredes del cajón en su interior y sujetas a él y entre sí mediante la pluralidad de elementos de sujeción.

2. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicación primera caracterizado porque el banco de tubos tiene un solo punto de anclaje al cajón.

3. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el cajón contiene un orificio de dimensiones mayores que los de la ranura (4) aplicada a las placas que conforman el cárter (3) y menores que las dimensiones de dichas placas, y se dispone el anillo soldado (2) en el tubo entre las dos placas que conforman el cárter (3).

4. Dispositivo de entrada y salida deslizante de tubos para receptor solar de concentración según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la longitud ΔL de dilatación neta del extremo queda determinada por la siguiente ecuación:

**IMAGEN-01**

donde los sumatorios se corresponden, en el caso de que se trate de la entrada deslizante:

- con los tramos enteros de los pasos que van desde la entrada hasta el punto de sujeción;

- el término positivo, con los tramos o pasos en los que el fluido circula desde la cabecera hacia el confín y el negativo al contrario;

- siendo Li las longitudes de dichos pasos o del tramo desde el extremo del tubo hasta el único punto de fijación de la bancada de tubos;

- y ΔTi es el incremento medio de respecto del ambiente en dicho tramo;

y, en el caso de que se trate de la salida deslizante, los símbolos empleados se corresponden con los mismos conceptos indicados pero el sumatorio positivo y negativo son lo contrario: positivo cuando el fluido discurre de confín a cabecera y viceversa.

 

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