ES2386218B2 - Un intercambiador de calor de receptor solar montado en el taller - Google Patents

Abstract

Un intercambiador de calor de receptor solar montado en taller que comprende: una disposición de superficies de transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y fluídicamente; una parte superior de la estructura de soporte vertical que soporta el separador vertical de vapor/agua y las superficies de transferencia de calor; en el que cada lado del intercambiador de calor de receptor solar comprende al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos sobrecalentador, caracterizado porque al menos un panel sobrecalentador comprende un cabezal superior y un cabezal inferior, teniendo cada cabezal una placa de diafragma dividida comprendida de dos placas de diafragma semicirculares para proporcionar un panel sobrecalentador de múltiples pasos.#Un sistema de soporte para acomodar los diferenciales de temperatura de tubo a tubo así como la expansión térmica media de los paneles de tubos como un todo.

Description

-2- UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE RECEPTOR SOLAR MONTADO EN

TALLER

REFERENCIA CRUZADA A LA APLICACIÓN RELACIONADA 5

La presente invención reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional estadounidense nº 61/197.169, presentada el 24 de octubre de 2008, cuyo texto está incorporado aquí como referencia como si se hubiera

10 descrito totalmente aquí.

CAMPO Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general, al campo de

15 la generación de energía y al diseño industrial de calderas, incluyendo calderas, generadores de vapor e intercambiadores de calor usados en la producción de vapor, tales como los usados para generar electricidad o los usados para aplicaciones industriales del vapor y, más particularmente, a

20 un intercambiador de calor de receptor solar montado en taller que tiene una estructura de soporte integral. Un receptor solar es un componente primario de un sistema de generación de energía solar mediante el que la luz solar es usada como una fuente de calor para la producción de

25 vapor de alta calidad que es usado para hacer girar un generador de turbina, y en último término generar electricidad. El receptor está permanentemente posicionado en la parte superior de una torre de soporte elevada que es posicionada estratégicamente en un campo de helióstatos, o

30 espejos, que recogen rayos solares y reflejan esos rayos de nuevo a una pared o paredes objetivos en el receptor. Un receptor solar eficiente, compacto para tales sistemas que sea de diseño simple, de construcción robusta y económico de fabricar sería bien recibido en la industria.

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SUMARIO DE LA INVENCIÓN

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Un aspecto de la presente invención está dirigido a un intercambiador de calor de receptor solar montado en taller para transferir energía calorífica desde el sol a un fluido

5 de trabajo, tal como agua. El intercambiador de calor es usado para transformar al menos una parte del agua desde la fase líquida a vapor saturado o sobresaturado.

En particular, un aspecto de la presente invención está dirigido a un intercambiador de calor de receptor solar 10 montado en taller que comprende: una disposición de superficies de transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y fluídicamente; y una estructura de soporte vertical en la parte superior que soporta el separador vertical de

15 vapor/agua y las superficies de transferencia de calor. El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller es colocado en la parte superior de una torre y usa la energía del sol para calentar el fluido de trabajo. Un campo heliostático de espejos situado en el suelo sigue

20 automáticamente al sol, y refleja y concentra la energía luminosa al intercambiador de calor de receptor solar montado en taller. La insolación solar incidente calienta el fluido de trabajo, típicamente agua, para producir vapor saturado o sobresaturado que puede ser proporcionado a una turbina de

25 vapor para generar electricidad. Un dispositivo de separación vertical de vapor/agua, descrito en la anteriormente mencionada patente estadounidense nº 6.336.429 de Wiener et al., es usado para separar el vapor de la mezcla vapor-agua. El separador

30 vertical de vapor/agua está estructuralmente y fluídicamente conectado con las superficies de calentamiento del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller como parte de un diseño montado en taller como se ha descrito aquí.

35 La estructura de soporte vertical es soportada por su parte inferior desde una base que está conectada a la torre. Se han previsto vigas de atirantar o riostras en la

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estructura de soporte vertical para proporcionar soporte lateral para la disposición de las superficies de transferencia de calor, que comprenden ventajosamente paneles de tubos tangentes sueltos, permitiendo al mismo tiempo la

5 expansión térmica de los paneles de tubos tanto en las direcciones horizontal como vertical, eliminando por ello tensiones adicionales del tubo.

La estructura de soporte vertical y la base, vigas de atirantar y otros miembros estructurales no sólo proporcionan 10 soporte y rigidez estructurales para el intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, sino también un medio por el que el intercambiador de calor puede ser recogido y levantado para su colocación en una posición deseada. La estructura permite que el conjunto completo del 15 intercambiador de calor, del separador vertical de vapor/agua y de los paneles de tubos tangentes de la superficie de calentamiento sea montado en taller, transportado, y a continuación levantado y ajustado sobre una torre como una unidad durante la instalación. La estructura de soporte

20 vertical permanece con el intercambiador de calor de receptor solar, facilitando por ello (si es necesario) la retirada del intercambiador de calor de receptor solar de la torre si resultara deseable hacerlo. El intercambiador de calor de receptor solar montado en

25 taller de acuerdo con la presente invención comprende ventajosamente una disposición de superficies de transferencia de calor y conductos que transportan fluido, dispuestos de una manera particular para transferir una cantidad deseada de energía de calor al agua. Las superficies

30 de transferencia de calor están ventajosamente constituidas de tubos dispuestos en paneles de tubos tangentes, y están provistas de cabezales de entrada y de salida según se requiera. Como es conocido por los expertos en la técnica, las superficies de transferencia de calor que transportan

35 mezclas de vapor-agua se denominan corrientemente como superficies evaporadoras o de caldera; las superficies de transferencia de calor que transportan vapor a su través son

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denominadas corrientemente como superficies sobrecalentadoras (o recalentadoras, dependiendo de la configuración de turbina de vapor asociada). Independientemente del tipo de superficie de calentamiento, los tamaños de los tubos, su material, el 5 diámetro, el espesor de pared, el número y la disposición están basados en la temperatura y presión para servicio, de acuerdo con códigos de diseño de caldera aplicables, tales como el Código de Caldera y Recipiente de Presión de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), Sección I, 10 u otros códigos equivalentes según se requiera por ley. Las características requeridas de transferencia de calor, caída de presión, relaciones de circulación, tasas de absorción de manchas, caudales de masa del fluido de trabajo dentro de los tubos, etc., son también parámetros importantes que deben ser

15 considerados. Dependiendo de la situación geográfica en la que ha de ser instalado el intercambiador de calor, las cargas sísmicas y códigos de diseño aplicables son también considerados. En otro aspecto de la invención, el montaje en taller,

20 el transporte y la erección en campo son facilitados por un accesorio de fabricación/transporte/elevación que facilita la fabricación, el ensamblaje, el transporte y la erección del intercambiador de calor desde la fabricación en el taller hasta la instalación en el campo. El accesorio soporta dos

25 árboles de muñón o de giro unidos a la estructura de soporte vertical del receptor solar. Las orejetas de elevación están situadas en el extremo superior de la estructura de soporte. A la llegada al lugar de instalación en el campo, una grúa levanta el receptor del intercambiador de calor a la

30 vertical, pivotando sobre los árboles de muñón, y a continuación levanta el intercambiador de calor de receptor solar para situarlo en una posición deseada.

Más particularmente, otro aspecto de la presente invención está dirigido a un accesorio para facilitar la 35 fabricación, el montaje, el transporte y la erección de un intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, que comprende: una base; y montantes previstos en un extremo

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de la base para aplicar árboles de muñón sobre el intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, permitiendo los montantes la rotación del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller alrededor de los

5 árboles de muñón sobre los montantes desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de erección en campo del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller.

Las distintas características de novedad que

10 caracterizan la invención están indicadas con particularidad en las reivindicaciones adjuntas y que forman parte de esta descripción. Estas y otras características de la presente invención serán mejor comprendidas y sus ventajas serán más fácilmente apreciadas a partir de la siguiente descripción,

15 especialmente cuando se lee con referencia a las hojas de dibujos adjuntas. Así, para una mejor comprensión de la presente invención, y de las ventajas obtenidas mediante su uso, se ha hecho referencia a los dibujos adjuntos y al objeto descriptivo, que forman una parte de esta exposición,

20 en la que se ha ilustrado una realización preferida de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

25 La fig. 1 es una vista isométrica en perspectiva despiezada ordenadamente del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller de acuerdo con la presente invención, que ilustra la disposición de superficies de transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua

30 interconectado a ellas estructuralmente y fluídicamente; y una estructura de soporte vertical prevista para soportar por su parte superior el separador vertical y las superficies de transferencia de calor; La fig. 2 es otra vista en perspectiva del

35 intercambiador de calor de receptor solar montado en taller ilustrado en la fig. 1, con alguno de los componentes del mismo omitido para mayor claridad, que ilustra los paneles

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del intercambiador de calor, la estructura de soporte vertical, y una disposición de viga de atirantar o riostra usada para proporcionar soporte para tales paneles por la estructura de soporte vertical, de acuerdo con la presente

5 invención;

La fig. 2A es una vista en perspectiva de uno de los paneles evaporadores ilustrados en las figs. 1 y 2, de acuerdo con la presente invención;

La fig. 2B es una vista en perspectiva de uno de los

10 paneles sobrecalentadores primarios de múltiples pasos ilustrados en las figs. 1 y 2, de acuerdo con la presente invención; La fig. 3 es una vista en perspectiva de la estructura de soporte vertical interna del intercambiador de calor de

15 receptor solar montado en taller ilustrado en la fig. 1, de acuerdo con la presente invención, en el que el separador vertical, los tubos ascendentes de vapor y alimentaciones de agua, tuberías de vapor, y pantallas para el calor han sido omitidos para una mayor claridad;

20 La fig. 4 es una vista en perspectiva del separador vertical de vapor/agua del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller ilustrado en la fig. 1, de acuerdo con la presente invención; La fig. 5 es una vista en perspectiva de los tubos

25 ascendentes de vapor que transportan la mezcla agua-vapor hasta el separador vertical, de acuerdo con la presente invención; La fig. 6 es una vista en perspectiva de las conexiones saturadas usadas para transportar el vapor hasta los paneles

30 sobrecalentadores, y el atemperador y las tuberías asociadas usados para controlar la temperatura del vapor, de acuerdo con la presente invención;

La fig. 7 es una vista en perspectiva de las alimentaciones usadas para transportar agua a los paneles 35 evaporadores, de acuerdo con la presente invención; Las figs. 8 y 9 son vistas en perspectiva de las pantallas para el calor usadas para proteger los cabezales

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superior e inferior y tubos de los paneles evaporador y sobrecalentador, de acuerdo con la presente invención; La fig. 10 es una ilustración de un panel de superficie evaporadora o de superficie sobrecalentadora típica con una 5 barrera de luz y aislamiento;

La fig. 11 es otra vista del separador vertical de vapor/agua de acuerdo con la presente invención, que ilustra distintas conexiones al mismo así como niveles de agua bajos, normales o altos para el separador vertical de vapor/agua;

10 La fig. 12 es una ilustración de una realización de una disposición de una viga de atirantar usada para proporcionar soporte para los paneles evaporador y sobrecalentador por la estructura de soporte vertical de acuerdo con la presente invención;

15 Las figs. 13 y 14 ilustran dos vistas en perspectiva de un accesorio de fabricación/transporte/elevación de acuerdo con la presente invención que facilita la fabricación, ensamblaje, transporte y erección del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller desde el taller al campo,

20 ilustrando la fig. 13 el intercambiador de calor de receptor solar montado en taller en posición de ensamblaje y transporte, ilustrando la fig. 14 el intercambiador de calor de receptor solar en posición vertical de erección parcial durante el proceso de erección;

25 Las figs. 15, 16 y 17 ilustran vistas superiores, de extremidad y en corte, respectivamente, de una placa de diafragma dividida, de acuerdo con la presente invención, usada en los cabezales de entrada y salida del sobrecalentador para proporcionar múltiples trayectos de

30 vapor en los paneles sobrecalentadores cuando se han empleado los tubos tangentes; La fig. 18 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de un sistema de soporte de tubos tangentes de disposición de viga de atirantar de acuerdo con

35 la presente invención; Las figs. 19 y 20 son vistas de cerca de partes de la fig. 18, y en las que partes del sistema de soporte de tubos

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tangentes de la fig. 18 han sido omitidas de la fig. 20 para mayor claridad; La fig. 21 es una vista lateral del sistema de soporte de tubos tangentes de la fig. 19 visto a lo largo de un plano 5 de la pared del intercambiador de calor; y La fig. 22 es una vista en planta de la fig. 21.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

10 Se hará referencia a continuación a las hojas adjuntas de los dibujos en las que números de referencia similares designan los mismos elementos o similares funcionalmente a todo lo largo de los distintos dibujos. La presente invención emplea un dispositivo separador

15 vertical de vapor/agua de acuerdo con las enseñanzas de la patente estadounidense nº 6.336.429 de Wiener et al. para separar el vapor de la mezcla vapor-agua producida por el intercambiador de calor de receptor solar montado en taller de la presente invención. El texto de la anteriormente

20 mencionada patente estadounidense nº 6.336.429 de Wiener et al., está aquí incorporado como referencia como si estuviera descrito aquí en su totalidad. El separador vertical de vapor/agua está interconectado estructuralmente y fluídicamente con las superficies de calentamiento del

25 intercambiador de calor de receptor solar montado en taller como parte de un diseño montado en el taller como se ha descrito aquí. En la medida de que explicaciones de cierta terminología

o principios de las técnicas de intercambiador de calor,

30 caldera y/o generador de vapor pueden ser necesarias para comprender la presente invención, el lector es remitido a Vapor/su generación y uso, 40ª Edición, Stultz y Kitto, Eds., Copyright © 1992, The Babcock & Wilcox Company, y a Vapor/su generación y uso, 41ª Edición, Kitto y Stultz, Eds.,

35 Copyright © 2005, The Babcock & Wilcox Company, cuyos textos están incorporados aquí por referencia como si estuvieran descritos aquí en su totalidad.

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Con referencia a las figs. 1 a 11, se ha mostrado un intercambiador de calor de receptor solar 10 montado en taller de acuerdo con la presente invención, y que está comprendido de los componentes principales siguientes:

5 Paneles de tubos 12 de evaporador o de caldera; Paneles de tubos 14 de sobrecalentador primario (PSH) y sobrecalentador secundario (SSH); Un separador vertical 16 de vapor/agua; Una estructura de soporte interna 19, vertical, vigas de

10 atirantar 20 y conexión de torre 22; Las alimentaciones 24, tubos ascendentes 26 y tuberías de conexión saturada 28; Atemperador 30 de agua de pulverización y tuberías 32; Pantallas 34 para el calor de los cabezales;

15 Barrera de luz 36 y aislamiento 38; Instrumentación 40; y Plataformas 42 y escaleras de acceso. Más particularmente, y con referencia en general a las

figs. 1 a 11 en orden, el intercambiador de calor de receptor

20 solar 10 tiene una disposición de superficies de transferencia de calor evaporadora 12 y sobrecalentadora 14, un separador vertical de vapor/agua 16 interconectado a él estructuralmente y fluídicamente, y una estructura de soporte interno 18 vertical, prevista para soportar por su parte

25 superior el separador vertical 16 de vapor/agua y las superficies de trasferencia de calor 12, 14. La estructura de soporte vertical 18 está interpuesta entre el separador vertical 16 de vapor/agua y la disposición de las superficies de transferencia de calor 12, 14. El intercambiador de calor

30 de receptor solar 10 montado en taller es completamente montado en el taller excepto las pantallas para el calor 34 de los cabezales, válvulas de seguridad, orificios de ventilación, silenciadores y otros instrumentos delicados (no mostrados). El intercambiador de calor de receptor solar 10

35 montado en taller puede vaciarse completamente. Cada lado del intercambiador de calor de receptor solar 10 montado en taller comprende un panel evaporador 12 de

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tubos y un panel sobrecalentador 14. Dos paneles sobrecalentadores primarios (PSH) 14 forman una esquina del receptor 10 y dos paneles sobrecalentadores secundarios (SSH) 14 forman una esquina opuesta (no mostrada). Los paneles 5 evaporador 12 y sobrecalentador 14 están construidos de tubos sueltos tangentes espaciados estrechamente (no membrana) con curvas de tubo cerca de los cabezales para una flexibilidad adicional. Los tubos son tubos de pared delgada de diámetro pequeño para minimizar los diferenciales de temperatura de la 10 cara caliente a la cara fría del tubo. Las uniones del tubo permiten una expansión térmica sin restricciones de los paneles de tubos en las direcciones horizontal y vertical, eliminando así las tensiones de tubo adicionales. Estas características de diseño maximizan la flexibilidad y 15 minimizan las tensiones térmicas y el potencial de que los tubos se curven o deformen. Aunque la disposición antes descrita de los paneles evaporadores 12 de tubos y los paneles sobrecalentadores 14 de tubos es una realización preferida, otras disposiciones están dentro del marco de la 20 presente invención. Por ejemplo, los paneles evaporador 12 y sobrecalentador 14 pueden no estar colocados a cada lado, o los paneles sobrecalentadores 14 pueden no coincidir en una esquina, o pueden incluso ser diferentes configuraciones de varios paneles evaporadores 12 y sobrecalentadores 14

25 previstos en un lado dado. El intercambiador de calor de receptor solar 10 está soportado por su parte superior desde la estructura de soporte vertical interno 18. La estructura de soporte vertical 18 está empernada a una pestaña de la torre (no

30 mostrado) a través de una sección de transición 22 de una pieza con la estructura de base del receptor solar 10. Hay tres alturas de vigas de atirantar 20 para transmitir las cargas de viento y sísmicas desde los paneles 12, 14 a la estructura de soporte 18. Las vigas de atirantar 20 están

35 fijadas a las columnas de la estructura de soporte interna 18, vertical. El receptor 10 está diseñado para circulación natural y

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no requiere una bomba de circulación. La alimentación de agua entra en el separador vertical 16 cerca de media altura del receptor 10. El agua subenfriada fluye hacia abajo a través de la tubería descendente 17 en la parte inferior del 5 separador vertical. Las tuberías de suministro 24 transportan el agua a los cabezales inferiores de los paneles evaporadores 12. El calor procedente del campo de espejos es absorbido por el agua que circula hacia arriba a través de los tubos de los paneles 12 que es de menor densidad que el 10 agua que deja el separador vertical 16 dando como resultado una acción de bombeo natural. La mezcla agua-vapor sale de los cabezales en la parte superior de los paneles 12 del evaporador. Los tubos ascendentes 26 transportan la mezcla de agua-vapor al separador vertical 16. Las boquillas de entrada 15 de las conexiones 27 de los tubos ascendentes sobre el separador vertical 16 están dispuestas tangencialmente y se inclinan hacia abajo para impartir un giro hacia abajo para iniciar la extracción de humedad. El vapor húmedo fluye hacia arriba a través de una placa perforada, separador y depósito 20 seco para la extracción final de humedad. El agua extraída fluye hacia abajo y se mezcla con el inventario de agua en el separador vertical 16 para su recirculación. Aunque los tubos de alimentación 24 y los tubos ascendentes 26 están ilustrados en las figuras como siendo trayectos de fluido 25 relativamente rectos, los expertos en la técnica apreciarán que su diseño real en términos de disposición y longitud serán determinados por el grado de flexibilidad requerido para acomodar movimientos esperados causados por la expansión y la contracción térmicas durante el funcionamiento del

30 intercambiador de calor de receptor solar. Es así probable que puedan ser necesarias curvas adicionales para proporcionar tal flexibilidad.

El vapor saturado seco deja la parte superior del separador vertical 16 y fluye a través de las conexiones 35 saturadas 28 hasta los cabezales de entrada PSH 14 situados en la parte superior de los paneles 14. Ambos paneles PSH 14 tienen uno o más (en una realización, cinco) pasos de vapor

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con varios (en una realización, nueve (9)) tubos por paso con cabezales de diafragma 58 de un diseño especial debido al hecho de que los paneles están comprendidos de tubos tangentes espaciados estrechamente (véanse figs. 15 a 17). El 5 vapor fluye a través de ambos paneles PSH 14 en paralelo, comenzando en los extremos adyacentes a los paneles evaporadores 12 y fluye hacia el centro. Esta disposición pone el vapor más frío después a los paneles evaporadores 12 para proteger el PSH 14 del derrame durante la puesta en 10 marcha. El vapor sale a continuación de los cabezales PSH en la parte inferior, se mezcla y fluye hacia arriba a través del atemperador 30 y de la tubería asociada 32 (el agua suministrada es usada para atemperación), a continuación se divide y entra en los cabezales SSH 14 en la parte superior.

15 Los paneles SSH 14 están dispuestos igual que los paneles PSH 14, pero están situados en una esquina opuesta del receptor solar 10. El vapor deja el receptor 10 a través de un tubo de vapor principal (no mostrada) situado en la parte inferior del receptor 10.

20 Los cabezales superior e inferior y los tubos se curvan sobre el evaporador 12 y los paneles PSH, SSH 14 están protegidos del derrame y de la energía luminosa extraviada por pantallas para el calor 34 que se extienden alrededor del perímetro del receptor 10 como se ha mostrado.

25 Ventajosamente, las pantallas 34 para el calor comprenden una placa de acero rigidizada que está soportada por la estructura 18 del receptor. El lado expuesto está pintado de blanco para reducir las temperaturas de funcionamiento. El lado posterior no está aislado para reducir las temperaturas

30 de funcionamiento. Hay también espacio entre la pantalla 34 para el calor y los tubos que forman los paneles 12, 14 para permitir el flujo de aire natural para un enfriamiento adicional. La parte posterior de los paneles 12, 14 requerirá una

35 barrera de luz 36 para proteger el aislamiento 38 y la estructura de la lluvia y la exposición al calor que pueden llegar a través de los huecos entre los tubos tangentes

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sueltos. Ventajosamente, la barrera 36 puede comprender una disposición de láminas de metal soportadas por la estructura de unión del tubo. La barrera 36 puede ser pintada de blanco en el lado del tubo para maximizar la reflectancia y reducir

5 las temperaturas de funcionamiento. La barrera 36 también soportará el aislamiento 38 de panel y el calorifugado asociado.

El intercambiador de calor 10 incluirá instrumentación 40 para medir la cara caliente del tubo y las temperaturas de 10 fluido, el flujo de calor en paneles y posiblemente la tensión, deformación y expansión térmica de distintos componentes del receptor, si se desea. En todas las figuras, la posición de esta instrumentación 40 está indicada de forma esquemática simplemente, en vez de ser dibujada y llamada

15 específicamente. Se han previsto dos plataformas 42 para acceder a las compuertas de acceso o puertas de acceso superior e inferior en el separador vertical 16 de vapor/agua, que son accesibles escaleras.

20 Aunque el receptor 10 del intercambiador de calor puede vaciarse totalmente, su vaciado diario puede no ser económico

o deseado, por tanto el trazado de calor, la cubierta de aislamiento o algunos otros medios pueden ser requeridos para protección contra congelación, particularmente para los

25 paneles de tubo 12 que están expuestos. El separador vertical 16 de vapor/agua es del tipo descrito en la anteriormente mencionada patente estadounidense nº 6.336.429 de Wiener et al., y funciona de forma conocida para separar el vapor de la mezcla de

30 vapor/agua. El separador vertical 16 de vapor/agua de este tipo es particularmente adecuado para manejar grandes oscilaciones transitorias en la entrada de calor al intercambiador de calor 10 que puede, a su vez, causar grandes variaciones en los niveles de agua dentro del

35 separador 16 de vapor/agua. El agua separada de la mezcla de vapor-agua es transportada a una parte inferior del separador 16, mezclada con el agua alimentada, y transportada a la

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superficie evaporadora 12 para iniciar el proceso otra vez.

El separador vertical 16 de vapor/agua ha sido elegido en lugar de un tambor de vapor horizontal tradicional por las razones siguientes: 1) se ajusta bien en el interior del

5 receptor; 2) elimina la posibilidad de cargar con el tambor; 3) podría conseguirse el área de la superficie que separa el vapor con el separador vertical, y 4) si se desea, puede usarse el separador vertical para soportar los paneles de tubos de la superficie de calentamiento del intercambiador de

10 calor y puede alternativamente ser soportada por la parte inferior. Hay otras ventajas para el uso del separador vertical 16 de vapor/agua en el intercambiador de calor de receptor solar 10 de acuerdo con la presente invención, en lugar de un

15 tambor de vapor horizontal tradicional, particularmente durante condiciones de parada. Estas ventajas surgen de una combinación de la estructura del separador 16 y conexiones al mismo, así como la relación física de las localizaciones de estas conexiones y las alturas de los cabezales superiores de

20 los paneles evaporadores 12. Con referencia a la fig. 11, la relación entre la altura de los cabezales del panel evaporador superior 12 con respecto a la altura del nivel de agua normal (NWL), el nivel de agua alto (HWL) y las conexiones y penetraciones 27 de tubos ascendentes en el

25 separador vertical 16 son ajustados específicamente para conservar la temperatura y presión del separador vertical 16; fundamentalmente esta característica es utilizada durante paradas en la noche. El HWL de funcionamiento normal es ajustado a una altura que coincide con la altura de los

30 cabezales del panel evaporador superior 12, y el NWL de funcionamiento normal está en algún lugar por debajo del HWL (fig. 11). Las penetraciones 27 de tubos ascendentes en el separador vertical 16 están por encima del HWL de funcionamiento normal y los cabezales del panel evaporador

35 superior 12. Después de que se haya parado, el agua en los paneles evaporadores 12 se enfría y es más densa que el agua en el separador vertical 16, que está aun caliente y es menos

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densa. Debido a esta diferencia de densidad el agua en los paneles evaporadores 12 quiere fluir hacia atrás: por debajo de los paneles evaporadores 12, a través de las alimentaciones 24 y de las conexiones de alimentación 25 y 5 hasta el tubo descendente 17 al separador vertical 16; si esto ocurriese el agua enfriada de los paneles evaporadores 12 enfriaría rápidamente el separador vertical 16. Sin embargo, debido a las penetraciones 27 de tubos ascendentes en el separador vertical 16 están por encima del HWL de 10 funcionamiento normal, el agua más caliente ya en el separador vertical 16 no está conectada a los tubos ascendentes 26 y no puede fluir a los tubos ascendentes 26 y los cabezales del panel evaporador superior 12, y así no puede ocurrir la circulación hacia atrás. Esto fuerza al agua 15 fría en los paneles evaporadores 12 a permanecer en los paneles evaporadores 12 permitiendo que el agua caliente permanezca en el separador vertical 16 que ayuda a conservar la temperatura y presión del separador vertical 16 durante la noche. Como resultado, a la mañana siguiente, el separador 20 vertical 16 está a una temperatura y presión elevadas que permite que el intercambiador de calor de receptor solar 10 se ponga en marcha más rápido que si el separador vertical 16 se tuviera que enfriar completamente a temperatura ambiente. Es importante observar que esta disposición o ajuste 25 particular de los HWL, NWL y LWL para el separador vertical 16 permite así aún que el sistema de circulación funcione de una manera aceptable cuando los paneles evaporadores 12 están recibiendo calor; el sistema de circulación ha sido optimizado para funcionar normalmente durante las condiciones 30 de generación de vapor regular y proporciona aún las características especiales antes descritas para minimizar el enfriamiento del sistema de circulación cuando el intercambiador de calor de receptor solar 10 no está en funcionamiento. Este concepto es mucho más fácil de hacer con

35 el separador vertical 16 de acuerdo con la presente invención en comparación a una caldera que emplea un tambor de vapor horizontal tradicional.

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El intercambiador de calor de receptor solar 10 debe ser capaz de puestas en marcha rápidas y aumentos de carga que sigue a los pasos de nubes para maximizar el uso de calor disponible y el funcionamiento a plena carga y minimizar la

5 desviación respecto a los espejos. Un tambor de vapor tradicional es susceptible del arqueado del tambor (descrito más abajo) si la carga es aumentada o disminuida demasiado rápido. Si una nube pasa y disminuye el calor al receptor con la válvula reguladora de la turbina abierta ampliamente, la

10 presión del tambor caerá debido a la caída en la producción de vapor. Esto sobrecalentará el vapor en el tambor haciendo que la mitad superior del tambor esté a una temperatura del metal más elevada que la mitad inferior lo que a su vez hace que el tambor se deforme o arquee hacia arriba. Lo contrario

15 sucede sobre un incremento rápido de carga debido a que el vapor se condensa y enfría la mitad superior del tambor. A lo largo del tiempo esto podría conducir a un daño por fatiga del tambor de vapor. El diámetro interior del recipiente separador vertical

20 16 de vapor/agua es seleccionado para proporcionar un área de superficie suficiente para el equipo de separación del vapor y un inventario de agua suficiente para permitir que la caldera funcione a un flujo de vapor de pico durante varios minutos (aproximadamente 1-1/2 minutos) en el caso de un

25 desplazamiento del agua alimentada, incluso si el nivel de agua dentro del recipiente estaba en la línea de nivel de agua bajo (LWL) cuando tiene lugar el desplazamiento.

El equipo de separación del vapor dentro del recipiente 16 comprende una placa perforada, separador y bandeja seca 30 que está situada cerca de la parte superior del separador vertical 16 como se ha mostrado. El propósito de estos componentes es eliminar cualquier humedad adicional del vapor antes de que salga del recipiente 16. Esto, a su vez, reduce la posibilidad de transportar sólidos al sobrecalentador 14

35 que podrían depositarse dentro de los tubos y ocasionar puntos calientes. La conexión de agua alimentada al separador vertical de

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vapor/agua tiene un manguito térmico. Esta boquilla está inclinada hacia abajo de modo que el agua alimentada no incida y golpee térmicamente el recipiente 16 si el agua está por debajo del nivel de agua bajo.

5 Las compuestas inferiores o puertas de acceso superior e inferior (véanse figs. 1, 4 y 11) proporcionan acceso para dar servicio al equipamiento de separación de vapor y al inhibidor de vértice, respectivamente. El recipiente 16 es aislado y calorifugado para reducir la pérdida de calor.

10 El intercambiador de calor de receptor solar 10 montado en taller está diseñado para funcionar sin una bomba de circulación y con características de una circulación natural. Esto significa que los circuitos que reciben más entrada de calor tienen más flujo de vapor/agua y los circuitos que

15 reciben menos entrada de calor tendrán menos flujo. Aunque no se prefiere, si se desea, a fin de facilitar la circulación del agua y de la mezcla agua-vapor a lo largo del intercambiador de calor 10, que se prevean ventajosamente una

o más bombas de circulación en la parte inferior del

20 separador 16 en el tubo 17 descendente para bombear el agua de nuevo a la superficie evaporadora para permitir una operación de circulación asistida o de circulación bombeada.

Los paneles 12, 14 del intercambiador de calor del receptor solar están diseñados para una elevada fiabilidad 25 para conseguir una larga vida en condiciones de funcionamiento muy cíclicas y para que sean capaces de resistir puestas en marcha, apagados y pasos transitorios de nubes a diario sin sufrir los daños de la fatiga de un ciclo bajo. Las superficies de transferencia de calor evaporadora 30 12 y sobrecalentadora 14 están comprendidas de paneles de tubos tangentes sueltos; es decir, los tubos están espaciados entre sí estrechamente y no están soldados juntos. Durante el funcionamiento, cada tubo en los paneles quiere expandirse térmicamente a una longitud diferente que otros tubos debido

35 a diferencias de temperatura entre los tubos, pero los cabezales inferiores se moverán hacia abajo aproximadamente basados en la temperatura media del tubo y permanecerán

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horizontales y, debido a que son mucho más rígidos que los tubos, no se curvarán. Esto impartirá tensiones en los tubos, particularmente en el sobrecalentador, debido a que cada pasada funciona a una temperatura media diferente. El tubo se 5 curva en los cabezales de entrada y salida y proporciona por ello un resorte, por así decir, para reducir las tensiones del tubo cerca de las conexiones con los cabezales y reducir el potencial de curvado del tubo. La parte superior que soporta los paneles proporciona una expansión térmica libre 10 hacia abajo. Los tubos son de pequeño diámetro con una pared delgada para minimizar los diferenciales de temperatura de las caras caliente y fría, las tensiones térmicas y el potencial de curvado; en una realización, los paneles del evaporador 12 y del sobrecalentador 14 están hechos de tubos

15 de OD de 24,61 mm x MW de 2,41 mm de material SA210A1 y SA213T22, respectivamente. Pueden emplearse otros materiales y espesores de tubos, dependiendo de la temperatura, presión y otras consideraciones. Los paneles de la superficie evaporadora de

20 calentamiento 12 están provistos con cabezales de entrada inferiores y cabezales de salida superiores. Esto facilita el diseño de circulación natural del intercambiador de calor 10 del receptor solar. La mezcla vapor-agua generada en los tubos que forman los paneles de la superficie evaporadora de

25 calentamiento 12 es recogida en los cabezales de salida superiores que también sirven como un punto de mezcla para uniformizar desequilibrios de temperatura que pueden existir en la mezcla agua-vapor. Salientes en los cabezales de salida están interconectados mediante tubos ascendentes 26 a

30 conexiones 27 de salientes o de tubos ascendentes sobre la parte superior del separador vertical 16 de vapor/agua. El separador vertical 16 de vapor/agua funciona de manera conocida (véase la patente norteamericana nº 6.336.429 de Wiener et al.), separando el vapor de la mezcla, vapor-agua.

35 Si el intercambiador de calor 10 está diseñado simplemente para producción de vapor saturado, sin sobrecalentamiento, todos los paneles serían la superficie

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evaporadora 12, y las conexiones 28 de salida del vapor saturado desde la parte superior del separador 16 transportarían el vapor a su posición de aguas abajo y para su uso.

5 Dependiendo de la temperatura y presión iniciales del vapor, y de la temperatura del vapor sobrecalentado de salida deseada, los paneles que comprenden las superficies sobrecalentadoras 14 pueden ser el sobrecalentador de paso múltiple a fin de proporcionar caudales de masa adecuados

10 dentro de los tubos de superficie del sobrecalentador, y tales conceptos están dentro del marco de la presente invención. Tales diseños de paso múltiple tienen en cuenta las temperaturas no solamente de los tubos en el sobrecalentador 14, sino también la temperatura de los tubos

15 en una estructura adyacente o panel evaporador 12, a fin de gestionar cuestiones de expansión térmica diferenciales. Además, a lo largo de la presente memoria, la referencia al sobrecalentador 14 puede referirse, dependiendo del contexto, bien al sobrecalentador primario (aguas arriba de una etapa

20 de atemperación de la pulverización para el control de temperatura del vapor) o al sobrecalentador secundario (aguas abajo de una etapa de atemperación de la pulverización para el control de temperatura del vapor), o a ambos. Hay tres alturas de vigas de atirantar 20 para

25 transmitir cargas de viento, sísmicas, de transporte, y de expansión térmica, etc., desde los paneles 12, 14 a la estructura de soporte 18 como se ha mostrado. Las vigas de atirantar 20 están unidas a las columnas de la estructura 18 de soporte interno y están en alturas escalonadas para

30 permitir que las vigas de atirantar se extiendan a las esquinas. Las vigas de atirantar están también fuera del aislamiento del panel, y así es denominado como un diseño de viga de atirantar “frío”. Una barra de unión 31 está sujeta contra los paneles evaporadores 12, una barra festoneada 23 y

35 espigas 33 y, para los paneles del sobrecalentador 14, con pinzas 29 de tubo como se ha mostrado en la fig. 12 y se explica a continuación. Las holguras dentro de la barra de

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unión 31, la viga de atirantar 20, la barra festoneada 23, las espigas 33 y la pinza de tubo 29 permiten que el panel deslice con relación a la barra de unión fija 31 cuando el panel se expande térmicamente de modo vertical y en la 5 dirección axial de la barra de unión; permite la expansión en la dirección axial de la barra de unión 31 pero no permite la expansión en una dirección normal a un plano del panel de tubos. Los separadores 21 de la barra de unión están sujetos a la pestaña 20 de la viga de atirantar. Este sistema permite

10 la expansión térmica sin restricciones de los paneles de tubos en las direcciones vertical y axial de la barra de unión 31, eliminando por ello las tensiones adicionales del tubo. Para reducir el coste y mejorar la rigidez del panel

15 para el transporte, los tubos 12 del evaporador están unidos con barras festoneadas 23, la barra de unión 31 y espigas 33 en cada altura de la viga de atirantar 20 como se ha mostrado. Tres conjuntos de barras festoneadas 23 están implantados a través de la anchura del panel 12 en vez de

20 unir todos los tubos juntos con una barra para reducir la tensión en la soldadura de unión del tubo, particularmente entre alturas de la viga de atirantar 20 donde los tubos son rectos (no hay curvas para reducir la tensión debido a la expansión térmica diferencial).

25 Un diseño de unión de tubo más flexible es proporcionado para los paneles del sobrecalentador 14; es decir, un sistema de viga de atirantar separado es proporcionado para el evaporador 12 frente a los paneles del sobrecalentador 14. Los tubos del sobrecalentador están unidos con una

30 disposición de pinza de tubo 29 y una barra de unión 35 como se ha mostrado. Esto permitirá que cada tubo se expanda independientemente ya que el potencial para los diferenciales de temperatura de tubo a tubo es mayor en el sobrecalentador 14 comparado con el evaporador 12, particularmente para tubos

35 adyacentes de pasadas diferentes. Los paneles fueron también diseñados para minimizar el número de diseños para reducir el coste. Con respecto a la

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geometría de curvado del tubo, hay solamente dos diseños o configuraciones, uno para el evaporador 12 y uno para el sobrecalentador 14 siendo la única diferencia en qué lado están las uniones de los tubos. Esto está ilustrado en la 5 fig. 2, donde se verá que los cabezales superior e inferior en un lado del intercambiador de calor 10 del receptor solar están situados fuera del plano de los paneles de pared de tubos tangentes, mientras que los cabezales superior e inferior en un lado adyacente del intercambiador de calor de

10 receptor solar 10 están situados dentro del plano de los paneles de pared de tubo tangentes. El intercambiador de calor 10 del receptor solar está soportado por su parte superior por una estructura de soporte interna mostrada en las figs. 1, 2 y 3. El acero de la parte

15 superior de la estructura 18 de soporte vertical soporta los paneles 12, 14 y el separador vertical 16 de vapor/agua. Los paneles 12, 14 están soportados por varillas o vástagos verticales unidos al bastidor del canal dorso con dorso formando el perímetro del acero de la parte superior. Este

20 diseño permite la libre expansión térmica hacia abajo de los paneles y del separador vertical. La estructura de soporte usa formas de acero estructurales estándar y placa hecha de material de acero al carbono típico, tal como A36 y A992, y están en su mayor parte, empernadas juntas. Pueden emplearse

25 otros materiales, dependiendo de la temperatura y de otras consideraciones. Puede emplearse tubería estructural, pero puede tener mayor coste y requerir mayor tiempo de espera. También puede complicar el diseño de conexión final. Con referencia a las figs. 1 a 7, las alimentaciones 24

30 entregan agua desde el tubo descendente 17 del separador 16 vertical de vapor/agua a los cabezales de entrada inferiores de los paneles 12 del evaporador. Los tubos ascendentes 26 entregan la mezcla de vapor-agua desde los cabezales superiores de los paneles 12 del evaporador y de nuevo al

35 separador vertical de vapor/agua. La cantidad y tamaño de las alimentaciones 24 y de los tubos ascendentes 26 están diseñados para satisfacer los requisitos de la circulación

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natural. También están diseñados con cierta flexibilidad para acomodar la expansión térmica diferencial entre los cabezales del panel 12 y el separador vertical de vapor/agua para minimizar la tensión en las conexiones.

5 Las conexiones saturadas y la tubería de 28 de conexión saturada entregan vapor seco saturado desde la parte superior del separador vertical de vapor/agua a los cabezales de entrada PSH situados en la parte superior de los paneles 14. Debido a los cabezales de entrada estrechos, solamente se

10 requieren dos tubos de conexión saturada, uno por cabezal como se ha mostrado. Esta tubería está hecha de acero al carbono y usa tamaños y espesores de programa de tubo estándar. Toda la tubería está aislada y calorifugada para reducir la pérdida de calor.

15 El intercambiador de calor 10 del receptor solar montado en el taller tiene una etapa de atemperación de pulverización y tubería 32 para el control de la temperatura del vapor, situadas entre el PSH y el SSH, como se ha mostrado en las figs. 1 y 6. Una única etapa reduce costes y simplifica las

20 tuberías. El atemperador y la tubería 32 están situados dentro del recinto del receptor como se ha mostrado. El atemperado usa agua de alimentación para la atemperación. El atemperador y la tubería estarán soportados por la estructura de soporte 18 del receptor y/o por los cabezales del panel.

25 Estos componentes están también aislados y calorifugados para reducir la pérdida de calor. Los cabezales superior e inferior y las curvas de tubos para los paneles deben estar protegidos de la energía de luz desperdiciada y de la energía luminosa directa. Esto se

30 consigue con pantallas 34 para el calor que se extienden alrededor del perímetro del receptor solar 10, y como se ha mostrado en las figs. 1, 8 y 9. Un extremo o borde de las pantallas 34 para el calor está empernado o soldado a la estructura de soporte 18 y el otro extremo está libre. Las

35 pantallas 34 para el calor están hechas de acero de calibre fino con rigidizadores en el lado posterior y a lo largo del borde libre para resistir las cargas de viento y sísmica. Las

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pantallas 34 para el calor pueden también estar unidas en las esquinas para proporcionar una rigidez adicional para evitar la unión a los tubos. Se requieren previsiones para la expansión térmica para reducir e impedir la deformación o 5 alabeo. Las pantallas 34 para el calor están pintadas de blanco en el lado expuesto y no están aisladas en el lado posterior para reducir la temperatura de funcionamiento. Hay previsto un espacio entre las pantallas 34 para el calor y los paneles 12, 14 de tubos, para permitir la circulación

10 natural de aire para un enfriamiento adicional. Para reducir las dimensiones de transporte, las pantallas son instaladas en el campo.

Se requiere una barrera 36 del panel en la parte posterior de los paneles 12, 14 para proteger el aislamiento 15 y la estructura de la lluvia y de la exposición al calor que podrían llegar a través de los espacios existentes entre los tubos tangentes sueltos. Véase la fig. 10, que ilustra el sistema de la barrera 36 del panel. La barrera 36 del panel comprende una disposición de láminas metálicas soportadas por 20 la estructura de unión de los tubos. Un extremo estará fijado y el otro guiado para permitir la expansión térmica. Para el evaporador 12, la barrera de panel estará soportada de las barras festoneadas y para el sobrecalentador 14, por la placa de unión. La barrera 36 del panel está pintada de blanco en

25 el lado del tubo para maximizar la reflectancia y reducir las temperaturas de funcionamiento. La barrera 36 del panel soportará también el aislamiento y calorifugado del panel.

Habría prevista probablemente instrumentación 40 para medir las temperaturas de la cara caliente del tubo, las 30 temperaturas del fluido y el flujo de calor en los paneles. Puede también estar prevista instrumentación adicional tal como calibres de esfuerzo y cables para medir las deformaciones y la expansión térmica de distintos componentes. Las temperaturas de vapor SH serán medidas

35 mediante termopares soldados a una almohadilla situados en el lado frío (aislado) de las patas de salida del tubo cerca de los cabezales.

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Como se ha mostrado en las figs. 13 y 14, otro aspecto de la presente invención se refiere a un mecanismo de maniobra de transporte o accesorio 50 de fabricación/transportes/elevación que facilita la

5 fabricación, el ensamblaje, el transporte y la erección del intercambiador de calor desde el taller al campo. El accesorio comprende una base 52, y dos montantes o pies derechos 54 previstos en un extremo de la misma. Los montantes 54 soportan dos árboles de muñón 56 unidos a la

10 estructura de soporte vertical 18 del receptor solar. Los árboles de muñón 56 se aplican a los montantes 54 en el accesorio durante el transporte del intercambiador de calor 10 de receptor solar montado en taller para soportar el mismo y para permitir la rotación del intercambiador de calor de

15 receptor solar 10 montado en taller sobre los montantes 54 desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de la erección en campo del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller. Hay situadas unas orejetas de

20 elevación en el extremo superior de la estructura de soporte

18. A la llegada al lugar de trabajo en el campo, una grúa levanta el intercambiador de calor de receptor solar 10 a la vertical, girando sobre los árboles de muñón 56, y a continuación levanta el intercambiador de calor de receptor

25 solar 10 para su colocación en la posición deseada, tal como en la parte superior de la torre receptora (no mostrada). Las figs. 15 a 17 ilustran vistas superior, de extremo y en corte, respectivamente, de una placa 58 de diafragma dividida usada en los cabezales de entrada y salida del

30 sobrecalentador 14 para proporcionar múltiples trayectos de vapor en los paneles 14 del sobrecalentador cuando se emplean tubos tangentes. Un diafragma circular tradicional está soldado al interior de un cabezal para compartimentalizarlo en compartimientos de fluido separados a lo largo de la

35 longitud del cabezal. En tanto en cuanto las conexiones y el tubo estén espaciadas con una separación suficiente a lo largo de la longitud del cabezal, este intento funcionara.

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Sin embargo, en la presente aplicación con tubos tangentes estrechamente espaciados formando los paneles 14 del sobrecalentador, las conexiones de saliente del tubo de los cabezales de entrada y salida están escalonadas y juntas muy 5 próximas. Un diafragma circular tradicional interferiría con alguno de los salientes del tubo unidos a los cabezales. A fin de resolver este problema, la placa de diafragma es una placa de diafragma dividida 58 comprendida de dos placas A y B de diafragma semicircular, como se ha mostrado, que son

10 insertadas en el cabezal y soldadas entre sí a lo largo de un diámetro y en la circunferencia de cada placa A y B a la superficie interior del cabezal.

Con referencia a las figs. 18 a 22 se ha mostrado una realización alternativa de un sistema de soporte de tubos 15 tangentes de acuerdo con la presente invención. Un sistema de soporte de tubos tangentes típico que comprende una viga de atirantar, separadores, una barra de unión, y pinzas de tubo (cuando se consideran los paneles 14 del sobrecalentador del tipo usado en el presente intercambiador de calor de receptor 20 solar 10 montado en taller) no proporciona un soporte adecuado o refuerza positivamente una construcción “hermética a la luz” en la dirección axial del cabezal. Como el receptor 10 está montado en el taller, y será transportado horizontalmente y luego erigido en una posición vertical, es 25 importante proporcionar un soporte adecuado para los paneles 12 y 14 de tubos tangentes durante y entre ambas condiciones. Más específicamente, es necesario proporcionar un nivel de soporte no típico que atienda a cuestiones debidas al transporte del receptor 10 y a la situación del receptor 10 30 en una zona sísmica elevada, acomode todas las expansiones térmicas esperadas, refuerce la separación de tubos apropiada para asegurar una construcción “hermética a la luz”, soporte la capacidad de fabricación, y soporte el reemplazamiento en campo que resultara necesario. El sistema de soporte de tubos

35 tangentes debe proporcionar un soporte adecuado de los paneles 14 de tubos del sobrecalentador primario y secundario, y de los paneles 12 de tubos del evaporador.

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Para resolver estos problemas, en esta realización se emplean orejetas 60 de tubo soldado circunferencialmente de modo parcial en cada tubo de un panel 12 o 14, y en el que cada orejeta 60 está situada en tubos adyacentes a alturas

5 desplazadas con holguras para acomodar tanto las consideraciones de fabricación como los diferenciales de temperatura de tubo a tubo esperados (una cuestión significativa, cuando se consideran los paneles de tubos del sobrecalentador 14). Como se ha mostrado en la fig. 20, las

10 orejetas 60 de tubo están cada una provista de dos aberturas que aceptan espigas 62 para proporcionar una conexión de dos espigas a un conjunto de viga de colector comprendido de vigas colectoras 64 superior e inferior que está cada una provistas de aberturas correspondientes 66 para aceptar las

15 espigas 62, y las placas de interconexión 68. Esta realización soporta así un panel comprendido de n tubos implantando (n+1) espigas 62 situados entre medias, en la que n es un entero que representa el número de tubos en un panel. Por ello mientras de muchos modos ventajosos a un diseño de

20 posición de soporte de espiga único (por orejeta), este efecto es aún similarmente cumplido implantando una única orejeta por tubo y aproximadamente una única espiga por tubo (cuando se consideran las cantidades totales requeridas para fabricación). Las holguras entre las orejetas 60 del tubo y

25 el conjunto de viga colectora acomodan de nuevo tanto las consideraciones de fabricación como los diferenciales de temperatura de tubo a tubo esperados.

Dos placas de interconexión 68 por panel de tubos soportado están conectadas mediante espigas 70 y barras de 30 enlace giratorio 72 a una orejeta 74 de soporte de la barra de enlace unida a un miembro de soporte de flexible 76, mediante acero estructural 78 a las columnas que comprenden la estructura de soporte vertical 18 (figs. 19, 21 y 22). A través del mencionado sistema, fuerzas que actúan sobre cada 35 tubo en una dirección perpendicular al plano definido por el panel de tubos pueden ser eficientemente soportadas por el acero estructural. Adicionalmente las barras de enlace

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giratorias 72 permiten con absoluto propósito la rotación y acomodan así la expansión térmica media de los paneles de tubos soportados como un todo; las barras de enlace giratorias 72 en esta realización serán típicamente 5 reajustado a 1/2 para esta expansión térmica. Dos orejetas 80 de soporte del conjunto de viga colectora están situadas por panel de tubos soportado en las posiciones apropiadas de modo que el conjunto de viga colectora se desplaza en la expansión térmica media del panel mientras se proporciona también un

10 trayecto de carga para la carga muerta vertical del conjunto, la barrera de luz, el aislamiento, y el calorifugado para que sean eficientemente soportados por el acero estructural.

Como se ha ilustrado mejor en las figs. 18 y 22, unas guías de tope 82 están fijadas al centro (considerando la 15 dirección axial del cabezal) del conjunto de la viga colectora y un tope 84 en voladizo está unido al miembro de soporte flexible 76, que de nuevo está unido mediante acero estructural 78 a las columnas de la estructura de soporte vertical 18. A través del sistema antes mencionado, las 20 fuerzas que actúan en cada tubo en la dirección axial del cabezal pueden ser eficientemente soportadas por el acero estructural mientras permite expansiones térmicas del panel de tubos apropiadas. Adicionalmente el sistema de tope proporciona un punto de anclaje situado centralmente para 25 expansión térmica en la dirección axial del cabezal. Aunque la función principal de esta realización es soportar de modo adecuado los paneles de tubos tangentes para todas las condiciones de carga esperadas al tiempo que permiten aún expansiones térmicas apropiadas, hay otras muchos ventajas

30 conseguidas mediante el uso de esta aproximación:

1. El conjunto de viga colectora ofrece un estante conveniente sobre el que situar una barrera de luz, aislamiento, y calorifugado.

2. El conjunto de viga colectora reduce costes y

35 facilita la fabricación en taller. La fabricación y ensamblaje de las orejetas 60 del tubo, espigas 62, vigas colectoras 64, y placas de interconexión 68 producen un

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accesorio conveniente que ayuda en el proceso de fabricación. El accesorio está temporalmente fijado a un conjunto de panel de tubos a la altura apropiada y las orejetas 60 de tubo individuales están soldadas en su sitio. Al retirar del

5 accesorio la orejeta 60 del tubo se finaliza el proceso de soldadura proporcionando un panel de tubos fijado al conjunto de viga colectora.

La espiga 70 y la barra de enlace 72 soportan su reemplazamiento en campo. Los paneles de tubos pueden ser 10 completamente separados de la estructura de soporte vertical (cuando se considera un único panel de tubos) eliminando las conexiones relevantes de cabezal/tubería, desconectando dos vástagos de soporte verticales del cabezal, y desconectando las dos espigas 70 más próximas a la estructura de soporte en

15 cada altura de soporte del tubo tangente. Como presumiblemente residen fuera de la barrera de luz, aislamiento y calorifugado la invención propuesto ofrece un método conveniente para retirar paneles de tubos para su reemplazamiento en campo.

20 El elemento de esta realización que permanece independientemente del diseño antes mencionado es la orejeta 60 de tubo soldado circunferencialmente de modo parcial situada en alturas desplazadas, cada una de las cuales proporciona dos posiciones de soporte con espigas 62 que

25 permiten que (n+1) espigas situadas entre medias soporten un panel de n tubos tangentes. El conjunto de viga colectora podría comprender diferentes formas estructurales, si se desea. Por ejemplo, en vez del par de barras rectangulares largas que forman cada

30 una de las vigas colectoras 64, que pueden flexionarse o deformarse con la gravedad, las vigas colectoras 64 podrían comprender angulares a 90° que son más rígidos. Las aberturas 66 previstas a través de una de las patas de cada angular están entonces más probablemente alineadas con las aberturas

35 de las orejetas 60, facilitando la instalación de las espigas

62. Las otras patas de los angulares estarían orientadas hacia el soporte vertical 18. Alternativamente, puede ser

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empleada una única forma estructural en T, donde el vástago de la T está situado entre las orejetas 60 del tubo desplazado y las aberturas 66 para recibir las espigas 62 están previstas en él, y la barra de la T está orientada

5 hacia el soporte vertical 18.

El tope 84 de forma estructural hueca en voladizo (HSS) y el miembro de soporte de flexión 76 HSS, como se ha ilustrado en las figuras, podría ser cumplido similarmente utilizando la W u otras formas estructurales. Esto permitiría

10 uniones más típicas al acero estructural y debería permitir más fácilmente que el miembro 76 de soporte de flexión del sistema de soporte de tubos tangentes sirva para propósitos adicionales en el acero estructural. Los distintos componentes pueden ser fabricados a partir de acero al

15 carbono, u otros materiales tales como acero inoxidable u otros aceros aleados. Se apreciará también que mientras que el sistema de soporte de tubo tangente descrito anteriormente tiene aplicabilidad particular a un intercambiador de calor de

20 receptor solar, no está limitado a esa configuración y este sistema puede ser empleado en cualquier intercambiador de calor en el que la expansión térmica diferencial media de los paneles de tubos tangentes sueltos debe ser acomodada para proporcionar al mismo tiempo un soporte adecuado para todas

25 las condiciones de carga esperadas. Se apreciará así que la presente invención proporciona un diseño de intercambiador de calor de receptor solar de coste efectivo que tiene las siguientes propiedades. El diseño es de bajo coste, y capaz de ser montado en el taller

30 en un ambiente de producción en serie. Su tamaño permite su transporte en camión dentro de límites normales para el transporte en camión (anchura de camión < 396,24 cm, altura total < 381,60 cm, longitud total < 1079,40 cm). El peso relativamente bajo reduce los costes de transporte y

35 erección. El intercambiador de calor del receptor solar está diseñado para una elevada fiabilidad y larga vida mientras funciona en condiciones operativas muy cíclicas, y es capaz

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de resistir puestas en marcha, paradas y pasos transitorios de nubes diarios sin sufrir daños por la fatiga de ciclo bajo. El separador vertical de vapor/agua es capaz de puestas en marcha rápidas y elevación de carga después de los pasos

5 de las nubes para maximizar el uso de calor disponible y el funcionamiento a carga completa. El diseño de circulación natural del vapor/agua puede vaciarse totalmente y elimina la necesidad de una bomba de circulación costosa, al tiempo que satisface la capacidad de vapor y el rendimiento requeridos.

10 Aunque la presente invención ha sido descrito anteriormente con referencia a medios, materiales y realizaciones particulares, ha de comprenderse que esta invención puede ser variada de muchas formas sin salir del espíritu y marco del mismo. Por ejemplo, el intercambiador de

15 calor de receptor solar puede ser escalado a un tamaño mayor, dependiendo de la cantidad de flujo de vapor deseado; sin embargo, pueden tener que ser consideradas limitaciones particulares de transporte a fin de aprovecharse de la ventaja del montaje en taller en su máxima extensión. Por

20 ello, la presente invención no está limitada a estas condiciones particulares descritas sino que se extiende en vez de ello a todos los equivalentes dentro del marco de las siguientes reivindicaciones.

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Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Un intercambiador de calor de receptor solar montado en taller que comprende: una disposición de superficies de 5 transferencia de calor, un separador vertical de vapor/agua interconectado a ellas estructuralmente y fluídicamente; una parte superior de la estructura de soporte vertical que soporta el separador vertical de vapor/agua y las superficies de transferencia de calor; en el que cada lado del 10 intercambiador de calor de receptor solar comprende al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos sobrecalentador, caracterizado porque al menos un panel sobrecalentador comprende un cabezal superior y un cabezal inferior, teniendo cada cabezal una placa de diafragma

   15 dividida comprendida de dos placas de diafragma semicirculares para proporcionar un panel sobrecalentador de múltiples pasos.
2. 2.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que la disposición 20 de superficie de transferencia de calor comprende superficies

   evaporadoras y superficies de sobrecalentamiento.
3. 3.-El intercambiador de calor de receptor solar montado

   en taller según la reivindicación 1, en el que la estructura

   de soporte vertical está interpuesta entre el separador

   25 vertical de vapor/agua y la disposición de superficies de transferencia de calor. 4.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que el al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos

   30 sobrecalentador tiene paneles de tubos tangentes sueltos y hay previstas vigas de atirantar frías sobre la estructura de soporte vertical para proporcionar soporte lateral para los paneles de tubos al tiempo que permiten la expansión térmica sin restricciones de los paneles de tubos tanto en la

   35 dirección horizontal como vertical, eliminando por ello las tensiones adicionales en los tubos. 5.-El intercambiador de calor de receptor solar montado

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   en taller, según la reivindicación 1, en el que el al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos sobrecalentador comprende paneles de tubos tangentes sueltos provistos de cabezales en sus extremos superior e inferior.

   5 6.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, según la reivindicación 5, que comprende pantallas para el calor previstas para apantallar los extremos superior e inferior de los paneles de tubos tangentes sueltos y sus cabezales asociados.

   10 7.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, según la reivindicación 1, en el que los paneles de tubos sobrecalentadores en al menos dos lados del intercambiador de calor de receptor solar se encuentran para formar una primera esquina.

   15 8.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller, según la reivindicación 7, en el que los paneles de tubos sobrecalentadores que forman una segunda esquina opuesta a dicha primera esquina comprenden paneles sobrecalentadores secundarios.

   20 9-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, donde el al menos un panel de tubos evaporador tiene una primera configuración y el al menos un panel de tubos sobrecalentador tiene una segunda configuración.

   25 10.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que el separador vertical de vapor/agua comprende dispuestos tangencialmente, conexiones de tubos ascendentes de boquilla de entrada inclinados hacia abajo para impartir un giro hacia

   30 abajo sobre mezclas de vapor/agua entrantes para iniciar la retirada de humedad, y una placa perforada interna, separador y bandeja seca para la extracción de humedad final.
4. 11.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 4, que comprende 35 barras festoneadas y espigas y pinzas de tubo que interconectan los paneles de tubos y las vigas de atirantar frías para reducir las tensiones causadas por la expansión

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   térmica diferencial.
5. 12.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 5, en el que el al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de

   5 tubos sobrecalentador comprenden aislamiento y calorifugado previstos por detrás del al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos sobrecalentador y adicionalmente comprende barreras de luz interpuestas entre la parte posterior de los paneles y el aislamiento y el

   10 calorifugado para proteger el aislamiento, el calorifugado y la estructura de soporte de la lluvia y de la exposición a la luz que pueden pasar a través de espacios existentes entre los tubos tangentes sueltos que forman el al menos un panel de tubos evaporador y al menos un panel de tubos

   15 sobrecalentador. 13.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor está diseñado para circulación natural y no requiere una bomba de circulación.

   20 14.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor está provisto de al menos una bomba de circulación para proporcionar circulación asistida o circulación bombeada.

   25 16.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, que comprende árboles de muñón o de giro unidos a la estructura de soporte vertical, los árboles de muñón para aplicarse a montantes en una fijación durante el transporte del intercambiador de

   30 calor de receptor solar montado en taller para soportar el mismo y para permitir la rotación del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller sobre los montantes desde una posición de transporte a una posición sustancialmente vertical durante una parte del proceso de erección en campo

   35 del intercambiador de calor de receptor solar montado en taller. 16.-El intercambiador de calor de receptor solar

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   montado en taller según la reivindicación 1ª, en el que la disposición de superficies de transferencia de calor comprende superficies evaporadoras y en el que el separador vertical de vapor/agua está provisto con conexiones de

   5 boquilla de tubos ascendentes situadas para impedir el flujo hacia atrás del agua desde las superficies evaporadoras al separador vertical de vapor/agua durante una parada.
6. 17.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 1, en el que las 10 superficies de transferencia de calor están comprendidas de paneles de tubos tangentes sueltos conectados a cabezales y soportados desde la estructura de soporte vertical de modo que acomoden diferenciales de temperatura de tubo a tubo así como la expansión térmica media de los paneles de tubos como

   15 un todo. 18.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 17, en el que los diferenciales de temperatura de tubo a tubo son acomodados previendo orejetas de tubos soldados circunferencialmente de

   20 modo parcial sobre los tubos situados en alturas desplazadas cada uno de los cuales proporciona dos posiciones de soporte con espigas a un conjunto de barra colectora que permite que (n+1) espigas situadas entre medias soporten un panel de tubos tangentes que tiene n tubos desde la estructura de

   25 soporte vertical. 19.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 17, en el que la expansión térmica media de los paneles de tubos como un todo es acomodada por barras de enlace giratorias unidas al

   30 conjunto de barra colectora y a la estructura de soporte vertical. 20.-El intercambiador de calor de receptor solar montado en taller según la reivindicación 17, que comprende guías de tope fijadas a un centro del conjunto de barra

   35 colectora y un tope en voladizo unido a la estructura de soporte vertical que proporciona un punto de anclaje situado centralmente para expansión térmica y permite que fuerzas que

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   actúan sobre cada tubo en una dirección axial del cabezal sean soportadas eficientemente por la estructura de soporte vertical al tiempo que permiten expansiones térmicas del panel de tubos.

   5 21.-En combinación con un intercambiador de calor comprendido de paneles de tubos tangente sueltos conectados a cabezales y soportados desde una estructura de soporte, un sistema de soporte para acomodar los diferenciales de temperatura de tubo a tubo así como la expansión térmica

   10 media de los paneles de tubos como un todo, que comprende: orejetas de tubos soldadas circunferencialmente sobre los tubos situados en alturas desplazadas cada una de las cuales proporciona dos posiciones de soporte con espigas a un conjunto de barra colectora que permite que (n+1) espigas

   15 situadas entre medias soporten un panel de tubos tangentes que tiene n tubos desde la estructura de soporte vertical, y barras de enlace giratorias unidas al conjunto de barra colectora y a la estructura de soporte vertical. 22.-El sistema de soporte según la reivindicación 21,

   20 que comprende guías de topes fijadas a un centro del conjunto de barras colectoras y un tope en voladizo unido a la estructura de soporte vertical que proporciona un punto de anclaje situado centralmente para expansión térmica y permite que fuerzas que actúan sobre cada tubo en una dirección axial

   25 del cabezal sean eficientemente soportadas por la estructura de soporte vertical al tiempo que permiten expansiones térmicas del panel de tubos.