ES2311037T3 - Receptor solar. - Google Patents

Abstract

Receptor solar con una pluralidad de cuerpos (20) de absorción porosos que están dispuestos en el lado frontal de una pared (29) doble y que están unidos con tubos (25) que atraviesan la pared doble, que conducen a un colector (13), y con un espacio (34) hueco contenido en la pared doble, que presenta una entrada (43) de aire de refrigeración y una pluralidad de salidas (33) de aire de refrigeración que rodean los tubos, caracterizado porque la pared (29) doble forma una unidad (37) estructural y presenta una pared (30) frontal y una pared (31) trasera, que están unidas mediante paredes (36) transversales.

Description

Receptor solar.

La invención se refiere a un receptor solar con numerosos cuerpos de absorción porosos, que están dispuestos en el lado frontal de una pared doble y están unidos con tubos que atraviesan la pared doble, que conducen a un colector, y con un espacio hueco contenido en la pared doble, que presenta una entrada de aire de refrigeración y numerosas salidas de aire de refrigeración que rodean los tubos.

En una central de energía térmica solar según el documento DE 197 44 541 A1, la radiación solar incidente se concentra mediante helióstatos o colectores en un receptor solar, que está compuesto normalmente por una pluralidad de cuerpos de absorción cerámicos.

La radiación solar altamente concentrada que incide sobre los cuerpos de absorción calienta los cuerpos de absorción a temperaturas de más de 1000ºC. Los cuerpos de absorción están compuestos por cerámica resistente a las altas temperaturas. Son porosos. A través de los cuerpos de absorción puede aspirarse aire ambiente, que se calienta en los cuerpos de absorción a aproximadamente 800ºC, y se conduce mediante un tubo a un colector. El colector está unido con un intercambiador de calor. Después de que el aire haya pasado por el intercambiador de calor, se ha enfriado a aproximadamente 200ºC. Puede conducirse como aire de refrigeración al espacio hueco de una pared doble que soporta los cuerpos de absorción. Desde esta pared doble sale el aire de refrigeración entre los cuerpos de absorción, para volver a aspirarse en la superficie de recepción del lado frontal hacia los cuerpos de absorción. De este modo se consigue mediante enfriamiento precalentado un buen aprovechamiento del calor.

En el receptor solar conocido, la pared trasera de la pared doble forma una estructura de soporte, en la que están fijados todos los elementos del receptor solar. Esta estructura de soporte está compuesta esencialmente por una chapa, que está revestida con un aislamiento. La pared frontal de la pared doble está compuesta únicamente por un cuerpo conductor, que no tiene sin embargo ninguna función de soporte para otros componentes. En un receptor solar de gran superficie, para lograr la resistencia necesaria debería dotarse la pared trasera de un refuerzo. Detrás de la pared trasera se encuentra sin embargo el colector, en el que reina una alta temperatura que el acero normalmente no resiste. Son necesarias por tanto construcciones especiales de aceros resistentes al calor, que están apantallados contra la temperatura en el colector. Tales aceros son extremadamente caros y difíciles de procesar.

La invención se basa en el objetivo de crear un receptor solar en el que la estructura de soporte pueda fabricarse de manera económica y también sea adecuada para superficies de recepción de gran superficie.

La solución de este objetivo se realiza según la invención con las características indicadas en la reivindicación 1 de patente. Según esta, la pared doble forma una unidad estructural (estructura de soporte). Presenta una pared frontal y una pared trasera, que están unidas mediante paredes de refuerzo permeables al aire. De este modo la pared doble forma una estructura de soporte integral en forma de vaina, dando lugar la pared frontal y la pared trasera así como las paredes de refuerzo que unen estas dos paredes a una estructura de soporte con par de resistencia elevado. Esta estructura de soporte está atravesada por el flujo de aire de refrigeración, de modo que se refrigera continuamente. Por tanto puede fabricarse de un acero normal, por ejemplo de acero para centrales eléctricas. La pared doble puede prefabricarse en su totalidad o por secciones. Forma una caja de alta capacidad de carga. Las paredes de refuerzo son permeables al aire, es decir, están dotadas de perforaciones para no bloquear el flujo de aire de refrigeración. No obstante, junto a las paredes de refuerzo permeables al aire, también pueden estar previstas paredes de refuerzo que son impermeables al aire, y que por ejemplo discurren en dirección vertical, en la que también fluye el aire de refrigeración.

En el receptor solar según la invención, la pared doble forma una construcción estable y una unidad fija, estando los elementos de refuerzo integrados en el interior de la pared doble que conduce aire de refrigeración y por tanto también se enfrían. Por tanto no es necesaria una refrigeración separada o un aislamiento de las partes estructurales de soporte.

Según una configuración preferida de la invención, la pared doble está compuesta por módulos a modo de caja unidos entre sí. Tales módulos son autoportantes y pueden colocarse unos junto a otros formando una mayor superficie. A este respecto, también pueden realizarse estructuras (convexas) curvadas. Especialmente, existe la posibilidad de configurar el receptor solar en forma circular o cilíndrica, de modo que pueda recibir desde todos los lados energía térmica. A partir de módulos de superficie plana pueden montarse también estructuras poligonales. Los módulos pueden colocarse unos junto a otros y unos sobre otros de forma arbitraria, de modo que pueden montarse receptores solares de las más distintas formas y tamaños. Los módulos deberían estar equipados con elementos de unión que posibiliten una unión sencilla y rápida de módulos adyacentes. No obstante, módulos adyacentes deberían unirse entre sí de manera deslizante, de modo que se adapten a diferentes dilataciones térmicas.

A continuación se explica más detalladamente un ejemplo de realización de la invención en referencia a los dibujos.

Muestran:

la figura 1, una representación esquemática del receptor solar, parcialmente despiezada,

la figura 2, a escala ampliada, un corte a lo largo de la línea II-II de la figura 1;

la figura 3, una representación en perspectiva de un módulo de la estructura de pared doble;

la figura 4, una vista lateral en la dirección de la flecha IV de la figura 3, y

la figura 5, un corte horizontal a lo largo de la línea V-V de la figura 3.

El receptor 10 solar representado en la figura 1 está montado como receptor de torre en una torre 11. Al receptor 10 solar están orientados numerosos espejos, que están dispuestos en la proximidad de la base en un campo heliostático y concentran la luz solar sobre la superficie periférica del receptor 10 solar cilíndrico. En el receptor 10 solar se calienta aire aspirado, que está indicado con la flecha 12 en la figura 1, a una alta temperatura de más de 800ºC y se conduce a un colector 13. Desde el colector 13 se suministra el aire caliente a un intercambiador 14 de calor, donde el calor se disipa a un medio de transmisión de calor líquido. Desde el intercambiador 14 de calor, un conducto 15 de aire de refrigeración conduce de vuelta al receptor solar, para refrigerar éste y salir pasando por los cuerpos de absorción del receptor solar, lo que está indicado mediante la flecha 16. Una parte del aire de refrigeración que sale se desvía a continuación según las flechas 17 y, en parte, vuelve a absorberse en los cuerpos de absorción.

La estructura del receptor solar puede observarse mejor en la figura 2. El receptor solar presenta numerosos cuerpos 20 de absorción porosos, que son de poros abiertos y por los que puede pasar un flujo de aire y están compuestos por cerámica resistente a altas temperaturas. Las superficies 21a exteriores de los cuerpos de absorción forman la superficie de irradiación, que forma la superficie de recepción para la radiación solar concentrada. La superficie 21a exterior forma parte de una parte 21 de recepción del cuerpo 20 de absorción. En el presente ejemplo de realización, las superficies 21a exteriores son cuadradas, las partes 21 de recepción de dos cuerpos 20 de absorción adyacentes están dispuestas con distancias mutuas, de modo que entre ellas se encuentra un intersticio 22. En el lado exterior los cuerpos 20 de absorción forman una especie de diseño de tablero de ajedrez, estando los campos individuales, concretamente las superficies 21a exteriores, separados mediante intersticios 22 horizontales y verticales.

Detrás de la parte 21 de recepción, el cuerpo 20 de absorción presenta una zona 23 estrechada que está configurada de forma troncopiramidal y que se convierte en una zona 24 trasera redonda. La zona 24 trasera se asienta en un tubo 25 coincidente, que está compuesto por acero resistente a altas temperaturas o por cerámica, y transfiere el aire que ha pasado por el cuerpo 20 de absorción y que se ha calentado en el mismo, hacia atrás hacia el colector 13. El colector 13 forma un espacio hueco del receptor solar en forma de torre. Puede presentar una pared 26 interna (figura 1) que encierra un espacio 27 de alojamiento para componentes necesarios. La pared 26 interna está compuesta por material resistente a altas temperaturas, ya que en el colector 13 reinan temperaturas extremadamente altas, que el acero normal no puede resistir. El colector 13 es un espacio anular, que se limita en el exterior por la pared 28 doble del receptor solar.

La pared 29 doble presenta una pared 30 frontal y una pared 31 trasera dispuesta separada de la misma. La pared 30 frontal contiene aberturas 30a en las que están fijados tubos 32 conductores. A través de cada tubo 32 conductor pasa un tubo 25, estando previsto entre el tubo 25 y el tubo 32 conductor una salida 33 de aire de refrigeración de forma anular, que sale hacia fuera del espacio 34 hueco de la pared 29 doble. La pared 31 trasera contiene aberturas 31a, a través de las que pasan los tubos 25 de manera ajustada y hermética. Cada tubo 25 contiene un obturador 35 de estrangulamiento de la corriente de aire, pudiendo intercambiarse los obturadores para lograr una distribución uniforme de las corrientes de aire a los tubos 25.

El receptor 10 solar puede tener dimensiones considerables, por ejemplo una altura de 8 metros y un diámetro de también aproximadamente 8 metros. Puesto que los componentes esenciales del receptor solar pueden alcanzar temperaturas muy altas, es difícil obtener la resistencia necesaria en la construcción e instalación del receptor solar. En el colector 13 no puede alojarse ninguna pieza estructural de soporte o de fijación, ya que tales piezas se estropearían debido a las altas temperaturas.

Según la invención la pared 30 frontal está unida con la pared 31 trasera mediante paredes 36 laterales formando una unidad 37 estructural, que presenta paredes 36 laterales como paredes transversales, una pared 30 frontal y una pared 31 trasera. Esta unidad estructural es en el presente ejemplo de realización un anillo autoportante que está montado sobre una plataforma 38 de la torre 11.

La unidad 37 estructural está compuesta por varios módulos 40 en forma de caja similares, que están montados formando la configuración cilíndrica del cuerpo de absorción y por tanto tienen forma convexa. Cada módulo 40 presenta una pared 30 frontal de forma curvada, una pared 31 trasera también de forma curvada, paredes 36 laterales así como una pared 41 superior y una pared 42 de base. En la pared 42 de base se encuentra una entrada 43 de aire de refrigeración, a través de la entra el flujo de aire refrigerado según la figura 1 en el espacio 34 hueco del módulo 40. Este aire abandona el espacio 34 hueco a través de las numerosas salidas 33 de aire de refrigeración anular (figura 2), que rodean los tubos 25.

El espacio 34 hueco del módulo 40 contiene paredes 45 de refuerzo verticales y paredes 46 de refuerzo horizontales. Estas paredes de refuerzo contienen perforaciones 47 que garantizan que todo el espacio 34 hueco del módulo 40 es atravesado de manera uniforme por el aire de refrigeración, o que el aire de refrigeración llega a todas las zonas del espacio hueco.

En la pared 30 frontal del módulo se encuentran numerosos orificios 30a, en los que están fijados los tubos 32 conductores. En la pared 31 trasera se encuentran también numerosos orificios 31a, en los que están fijados los tubos 25. Los orificios 31a se llenan completamente y de manera hermética en cada caso por los tubos 25. Los tubos 25 están fijados por tanto a la pared 31 trasera, desde la que se insertan sin sostenimiento a través de los orificios 30a de la pared frontal.

En la sección del tubo 25 que está rodeada por el tubo 32 conductor, la zona 24 trasera del cuerpo 20 de absorción está introducida de manera ajustada, de modo que el cuerpo 20 de absorción se sujeta por el tubo 25. El aire caliente, que se ha calentado en el cuerpo 20 de absorción, fluye a través del tubo 25 hacia el colector 13. Puesto que el espacio 34 hueco, a través del que discurren los tubos 25, está atravesado por el flujo de aire de refrigeración, los tubos 25 se enfrían en su lado exterior. Por tanto se evita que los tubos puedan adoptar la alta temperatura del aire caliente.

Los módulos 40 individuales se extienden en el presente ejemplo de realización según la figura 1 por toda la altura del receptor 10 solar. Según la figura 5 están unidos módulos adyacentes en el lado frontal a través de dispositivos 50 de unión. Las paredes 36 laterales de dos módulos 40 adyacentes no se tocan mutuamente por toda la superficie, sino que forman una chaveta 51 cóncava, de modo que los módulos tienen movilidad de dilatación en el lado que está opuesto a los dispositivos 50 de unión, y pueden dilatarse libremente.

Para posibilitar dilataciones térmicas e impedir tensiones de materia, los módulos 40 están fijados en su lado superior con un manillar 53 a la pared 26 interna. El manillar 53 posibilita una dilatación longitudinal térmica del módulo 40 en dirección vertical. En la figura 4 puede observarse también la pared 54 superior, que cierra hacia arriba el colector 13 de modo que el aire caliente no puede escaparse por arriba.

Claims (10)

1. Receptor solar con una pluralidad de cuerpos (20) de absorción porosos que están dispuestos en el lado frontal de una pared (29) doble y que están unidos con tubos (25) que atraviesan la pared doble, que conducen a un colector (13), y con un espacio (34) hueco contenido en la pared doble, que presenta una entrada (43) de aire de refrigeración y una pluralidad de salidas (33) de aire de refrigeración que rodean los tubos, caracterizado porque la pared (29) doble forma una unidad (37) estructural y presenta una pared (30) frontal y una pared (31) trasera, que están unidas mediante paredes (36) transversales.

2. Receptor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad (37) contiene paredes (45, 46) de refuerzo permeables al aire.

3. Receptor solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la pared (29) doble está compuesta por módulos (40) a modo de caja unidos entre sí.

4. Receptor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque los módulos (40) están montados formando una pared interna convexa, que rodea al menos en parte el colector 13.

5. Receptor solar según la reivindicación 4, caracterizado porque la pared interna convexa es esencialmente cilíndrica o parcialmente cilíndrica

6. Receptor solar según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque los módulos (40) contienen paredes (45, 46) de refuerzo perforadas verticales y/u horizontales.

7. Receptor solar según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque unos módulos (40) adyacentes están unidos entre sí de manera deslizante.

8. Receptor solar según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pared (29) doble presenta en el lado inferior una entrada (43) de aire frío y en el lado superior está cerrada.

9. Receptor solar según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pared (29) doble está compuesta de acero y se enfría mediante el aire de refrigeración que la atraviesa.

10. Receptor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque dos módulos (40) adyacentes están unidos sólo en sus lados delanteros o en sus lados traseros mediante dispositivos (50) de unión, mientras que los lados opuestos están dispuestos con movilidad de dilatación.