Colector de sección transversal variable y pared delgada para paneles de absorción solar.

Colector de sección transversal variable y pared delgada para paneles de absorción solar,

fabricado en superaleación de base níquel para la distribución y recogida de sales de nitrato fundidas o de cualquier otro fluido de alta temperatura, donde el colector (10) es una pieza separada de los tubos de absorción solar (14) y está constituido por un cuerpo principal (18), una pluralidad de toberas de unión (16) que se distribuyen a lo largo del cuerpo principal (18), apropiadas para conectarlo a unos tubos de absorción solar (14), y al menos una tobera de entrada o salida (21) apropiada para conectar el cuerpo principal (18) a al menos un tubo de alimentación, caracterizado porque el cuerpo principal (18) es de sección transversal variable, decreciente de forma continua a partir de una zona central de sección transversal máxima, hasta alcanzar las secciones extremas del cuerpo principal (18), situándose el eje de la al menos una tobera de entrada o salida (21) en dicha zona central.

Título de la invención Colector de sección transversal variable y pared delgada para paneles de absorción solar.

Campo de la invención La presente invención se refiere al diseño de colectores, y más concretamente al diseño de los colectores empleados para distribuir y recoger los tubos de absorción solar de un panel de absorción solar perteneciente a un receptor central solar, típicamente de sales fundidas, pero que puede utilizar otro fluido transmisor de alta temperatura.

Estado de la técnica Con anterioridad han sido empleados en paneles de tubos de absorción solar de receptores de sales fundidas, colectores cilíndricos de pared delgada y de sección transversal constante a los que se conectan los tubos de absorción solar, por medio de casquillos o toberas mecanizadas y posteriormente soldadas a los colectores cilíndricos. En ocasiones las toberas han sido extruídas directamente desde el colector cilíndrico. Estas materializaciones pueden observarse en la patente US 6, 736, 134 B2 o en su versión PCT WO 03/021159 A2.

Algunas de las construcciones de este tipo someten a las zonas de unión del cuerpo del colector con los tubos de absorción solar a esfuerzos térmicos elevados, especialmente en las zonas laterales del colector, de bajo flujo de sales. Estos esfuerzos térmicos son causados por cambios rápidos de temperatura en las sales fundidas que fluyen a través del colector debidos al paso de nubes sobre el campo de helióstatos de la planta solar. Estos esfuerzos debidos a cambios bruscos de temperatura se pueden atenuar colocando camisas u otras protecciones térmicas en las toberas de unión de los tubos de absorción solar al colector. Sin embargo, estas protecciones son de geometrías complejas de fabricar y difíciles de montar, lo que aumenta la dificultad de fabricación e inspección y encarece estos procesos. Sin estas protecciones, la vida útil de la instalación resulta extremadamente corta.

Por otra parte este colector cilíndrico requiere una sección transversal de paso mínima con objeto de distribuir uniformemente el flujo de sales o fluido transmisor a través de todos los tubos de absorción solar que se conectan al colector, a una pérdida de presión mínima. Sin embargo es bien conocido que el flujo de sales o fluido transmisor no es uniforme a lo largo del colector y que esa distribución variable de flujo dependerá de la configuración de conexiones sobre el colector tanto del o de los tubos que lo alimentan como de la configuración de los tubos de absorción solar que distribuyen las sales o fluido transmisor.

En colectores cilíndricos de sección transversal constante y alimentados básicamente por su parte central las velocidades del fluido transmisor se reducen mucho en sus zonas laterales conforme el fluido se ha ido repartiendo por los tubos de absorción solar que conectan con la parte central del colector, causando severos esfuerzos térmicos ante transitorios en las toberas de unión con los tubos de absorción solar que conectan con las partes laterales del colector.

Esa configuración de colector cilíndrico de sección transversal constante no optimiza en esas partes alejadas de los tubos de alimentación al colector, la combinación de los esfuerzos térmicos generados por transitorios de nubes con los esfuerzos mecánicos que como recipiente a presión también debe absorber el mismo, llevando a necesitar en su cuerpo principal espesores de pared más grandes de los deseados, lo cual vuelve a ser perjudicial para los esfuerzos térmicos derivados en las toberas de unión colector a tubos de absorción solar.

Es por tanto un objeto principal de la presente invención proporcionar una configuración de colector susceptible de ser usada en paneles de receptor solar, bien de sales fundidas o de cualquier otro fluido transmisor, el cual se enfrente más efectivamente a los esfuerzos térmicos experimentados en las toberas de unión del colector a los tubos de absorción solar sin necesidad de utilizar complejos y caros dispositivos de protección térmica.

Es otro objeto de la presente invención el proporcionar una configuración de colector para uso en paneles de receptor solar, bien de sales fundidas o de cualquier otro fluido transmisor, que permita el uso de una pared delgada en el cuerpo principal del colector de modo que las toberas de unión a los tubos de absorción solar casen mejor térmicamente con los finos espesores de esos tubos.

Es otro objeto de la presente invención el proporcionar una configuración de colector para uso en paneles de receptor solar, bien de sales fundidas o de cualquier otro fluido transmisor, que permita el uso del mismo concepto de tobera de unión colector -tubo de absorción solar para todos los tubos que se conectan al mismo, tanto los localizados en zonas del colector de alto flujo de sales o fluido transmisor como en aquellas zonas de bajo flujo, con las consiguientes ventajas de fabricación y coste.

Descripción de la invención Los anteriores y otros objetos son proporcionados por un colector de pared delgada, y que con frecuencia es de pequeño diámetro máximo, y de sección transversal variable.

De los posibles materiales que se pueden emplear en la fabricación del colector y de los tubos de absorción solar, se ha de seleccionar uno que tenga unas buenas propiedades a altas temperaturas, por encima de 600º C, esto es, una alta resistencia mecánica, una buena resistencia a fatiga de origen térmico, una buena resistencia a fluencia, una buena resistencia a la corrosión bajo tensión a alta temperatura, ante sales de nitrato o ante el fluido transmisor utilizado, un bajo coeficiente de expansión térmica, de manera que se reduzcan las cargas debidas a deformaciones térmicas, que se pueda soldar, que se pueda conformar y que sea de uso común. En este sentido son buenos candidatos las superaleaciones de base níquel como puede ser por ejemplo el Inconel 625 o similares.

El conjunto del colector incorpora toberas de unión, extruídas o mecanizadas y luego soldadas, todo ello fabricado preferentemente en alguna superaleación base níquel, para la distribución y recogida de las sales fundidas, o del fluido transmisor del que se trate, a través de los tubos de absorción solar. El colector incorpora también al menos una tobera de entrada o salida que conecta el cuerpo del colector a al menos un tubo de alimentación. El cuerpo del colector no será cilíndrico de sección transversal constante, sino que será de sección transversal variable, máxima en la sección de unión al tubo o secciones de unión a los tubos de alimentación y reduciéndose según la sección del colector se aleja del o de los tubos de alimentación.

Una función importante del colector es proporcionar una distribución de flujo de sales o fluido transmisor uniforme a los tubos de absorción solar, a unas pérdidas de presión mínimas. Para ello, es ventajoso que la sección de paso del tubo que alimenta al colector sea al menos igual a la suma de secciones de paso de los tubos de absorción solar que se conectan al colector. Si en vez de un tubo de alimentación al colector se utiliza más de uno, es la suma de secciones de paso de los tubos de alimentación la que debería ser al menos igual a la suma de secciones de paso de los tubos de absorción solar que se conectan al colector.

También la sección transversal máxima del cuerpo del colector, que será localizada en la zona de unión al tubo que lo alimenta, debería ser al menos igual a 1, 5 veces la suma de secciones de paso de los tubos de absorción solar que se conectan al colector. El resto de secciones transversales del cuerpo del colector se irán reduciendo progresivamente conforme estas se alejan del o de los tubos de alimentación al colector, con una cierta ley de variación, pero de preferencia con la pendiente de variación máxima que permita alojar en el colector, mediante una fabricación viable, a todas las toberas de unión de los tubos de absorción solar que conecta, y que permita unir mediante soldadura orbital automática todos esos tubos a sus respectivas toberas. Las zonas laterales o extremas del colector son las zonas donde esta condición es más difícil de cumplir, por ser las de menor sección de paso, y por lo tanto son las que definen la pendiente de variación.

Los beneficios que un colector de sección transversal variable aporta respecto a un colector cuya sección transversal es constante y del mismo tamaño que la máxima sección del colector variable se citan a continuación:

El colector variable permite mejorar... [Seguir leyendo]

1. Colector de sección transversal variable y pared delgada para paneles de absorción solar, fabricado en superaleación de base níquel para la distribución y recogida de sales de nitrato fundidas o de cualquier otro fluido de alta temperatura, donde el colector (10) es una pieza separada de los tubos de absorción solar (14) y está constituido 5 por un cuerpo principal (18) , una pluralidad de toberas de unión (16) que se distribuyen a lo largo del cuerpo principal (18) , apropiadas para conectarlo a unos tubos de absorción solar (14) , y al menos una tobera de entrada o salida (21) apropiada para conectar el cuerpo principal (18) a al menos un tubo de alimentación, caracterizado porque el cuerpo principal (18) es de sección transversal variable, decreciente de forma continua a partir de una zona central de sección transversal máxima, hasta alcanzar las secciones extremas del cuerpo principal (18) , situándose el eje de la al menos una tobera de entrada o salida (21) en dicha zona central.

2. Colector según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo principal (18) del colector (10) adopta una forma de huso.

3. Colector según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo principal (18) del colector (10) adopta forma de dos elementos troncocónicos enfrentados por su base mayor.

4. Colector según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la zona central de sección transversal máxima del cuerpo principal (18) del colector (10) consiste en un tramo cilíndrico.

5. Colector según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la zona central de sección transversal máxima del cuerpo principal (18) del colector (10) está definida por un plano perpendicular al eje de dicho cuerpo.