ES2401263A2

ES2401263A2 - Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera y caldera correspondiente

Info

Publication number: ES2401263A2
Application number: ES201132025A
Authority: ES
Inventors: Russell Ricci; Andrew Plotkin
Original assignee: Babcock Power Services Inc
Current assignee: Babcock Power Services Inc
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: ES2401263R1; ES2401263B1; IL216893A0; AU2011254033A1

Abstract

Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera, que incluye un colector para conducir y hacer circular fluidos en una caldera. Unas conducciones de succión están conectadas en comunicación fluídica con el colector, configuradas y adaptadas para conectarse a una bomba en comunicación fluídica con el colector. Unos tubos de bajada están conectados en comunicación fluídica con el colector, configurados y adaptados para conectarse al colector en comunicación fluídica con un tambor de vapor. El colector, las conducciones de succión y los tubos de bajada están configurados y adaptados para extraer cantidades iguales de fluido de cada tubo de bajada incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión. Unos colectores en cascada pueden conectar fluídicamente el colector de circulación a un generador de vapor, estando configurados y adaptados para proporcionar un flujo igual a los paneles del generador de vapor.

Description

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente US con número de serie 12/547.650, presentada el 26 de agosto de 2009. Esta solicitud también es una continuación en parte de la solicitud de patente US con número de serie 12/620.109, presentada el 17 de noviembre de 2009. Las solicitudes de patente US con números de serie 12/547.650 y 12/620.109 reivindican cada una prioridad sobre la solicitud provisional US número 61/151.984, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.011, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.035, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.049, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.077, presentada el 12 de febrero de 2009, sobre la solicitud provisional US número 61/152.114, presentada el 12 de febrero de 2009, y sobre la solicitud provisional US número 61/152.286, presentada el 13 de febrero de 2009. Cada una de las solicitudes a las que se ha hecho referencia anteriormente se incorpora por referencia a la presente memoria en su totalidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1.: Campo de la invención

2.: Descripción de la técnica relacionada

La presente invención se refiere a la producción de energía solar, y más particularmente a calderas para la producción de energía solar.

La generación de energía solar se ha considerado una fuente viable para ayudar a responder a las necesidades energéticas en un momento en el que aumenta la conciencia sobre los aspectos medioambientales de la producción de energía. La producción de energía solar se basa principalmente en la capacidad para captar y transformar la energía del Sol disponible en grandes cantidades, y puede producirse con muy poco impacto sobre el medio ambiente. La energía solar puede utilizarse sin crear residuos radiactivos, como en la producción de energía nuclear, y sin producir emisiones contaminantes incluyendo los gases de efecto invernadero como en la producción de energía a partir de combustibles fósiles. La producción de energía solar es independiente de los costes de combustible fluctuantes y no consume recursos no renovables.

Los generadores de energía solar emplean generalmente campos de espejos controlados, denominados helióstatos, para recoger y concentrar la luz solar sobre un receptor para proporcionar una fuente de calor para la producción de energía. Un receptor solar adopta normalmente la forma de un panel de tubos que transportan un fluido de trabajo a través de los mismos. Los generadores solares previos han utilizado fluidos de trabajo tales como sal fundida porque presenta la capacidad de almacenar energía, permitiendo la generación de energía cuando no hay radiación solar. Los fluidos de trabajo calentados se transportan normalmente hasta un intercambiador de calor en el que ceden el calor a un segundo fluido de trabajo tal como aire, agua o vapor. La energía se genera conduciendo aire o vapor calentado a través de una turbina que acciona un generador eléctrico.

Más recientemente, se ha determinado que la producción de energía solar puede incrementarse y simplificarse utilizando agua/vapor como único fluido de trabajo en un receptor que es una caldera. Esto puede eliminar la necesidad de un intercambiador de calor ineficaz entre dos fluidos de trabajo diferentes. Este desarrollo ha llevado a nuevos desafíos en la manipulación del calor solar intenso sin daño para el sistema. En una caldera solar, las tasas de transferencia de calor pueden alcanzar niveles de aproximadamente 2-3 veces la tasa de transferencia de calor de una caldera típica de combustible fósil. Esta alta tasa de transferencia de calor intensifica los problemas relacionados con mantener uniforme la distribución de calentamiento y flujo en todos los diseños conocidos de paneles de caldera. La alta tasa de transferencia de calor da lugar a altas presiones y temperaturas en los tubos de la caldera y estructuras relacionadas.

En las calderas de circulación forzada típicas, tales como las calderas de carbón, se utilizan bombas de circulación individuales o múltiples para hacer circular agua desde el tambor a través de los paneles del generador de vapor, y de vuelta hacia el tambor como una mezcla de agua y vapor saturados. Las calderas tradicionales a menudo utilizan múltiples bombas de circulación que operan en paralelo por motivos de capacidad y redundancia. En una configuración tradicional, una pluralidad de bombas están conectadas en paralelo a lo largo de la longitud de un colector horizontal, estando conectada cada bomba al colector a modo de una conducción de succión. El colector horizontal está conectado a su vez al tambor a través de una pluralidad de tubos de bajada verticales. Cada bomba extrae agua principalmente de una parte específica del tambor a través de los tubos de bajada más cercanos. En el caso de fallo de una o más de las bombas, la bomba o bombas que funciona(n) extrae(n) cantidades irregulares de agua del tambor a través de los diferentes tubos de bajada, creando un desequilibrio de flujo en el tambor. El desequilibrio a lo largo de la longitud del tambor puede conducir a variar el nivel de agua del tambor a lo largo de la longitud del tambor. Un nivel de agua irregular en el tambor puede producir muchos problemas incluyendo un alto arrastre (cuando el fluido saturado entra en los tubos de bajada) que da lugar a una falsa alarma de nivel de agua bajo o desconexión por nivel de agua bajo. El funcionamiento prolongado con grandes desequilibrios en el nivel de agua del tambor también puede conducir a alarmas de nivel de agua constantes, disparos de nivel de agua, fatiga a largo plazo y problemas metalúrgicos a partir del sobrecalentamiento y puede afectar a la duración y el rendimiento de la bomba de circulación.

Otro aspecto de las calderas tradicionales, tales como las calderas de carbón, es que normalmente hay tubos de bajada desde el tambor que alimentan a cuatro colectores de pared de agua, concretamente dos colectores de pared lateral, un colector de pared frontal y un colector de pared trasera. Cada uno de estos colectores, a su vez, alimenta a una parte del generador de vapor. Esta disposición de colectores, cuando se aplica a aplicaciones de caldera solar, puede conducir a un flujo irregular de panel a panel, lo que puede dar lugar a fallo del panel debido al intenso calentamiento descrito anteriormente. Esto, junto con la disposición de colectores de circulación descrita anteriormente, puede dar como resultado un flujo irregular perjudicial a través del sistema de caldera, y produce un riesgo de apagado de emergencia o incluso fallo de componentes clave.

Tales procedimientos y sistemas convencionales generalmente se han considerado satisfactorios para su fin propuesto. Sin embargo, todavía existe una necesidad en la técnica de calderas en general, y en particular de calderas solares, que permitan la distribución de flujo mejorada entre el tambor y las bombas de circulación. También sigue habiendo una necesidad en la técnica de tales calderas con distribución de flujo mejorada a los paneles de caldera. La presente invención proporciona soluciones para estos problemas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención objeto se refiere a un sistema de colector nuevo y útil para la circulación forzada de fluido en una caldera. El sistema incluye un colector configurado para conducir fluido a su través para hacer circular fluidos en una caldera. Una pluralidad de conducciones de succión están conectadas en comunicación fluídica con el colector. Cada conducción de succión está configurada y adaptada para conectarse a una bomba respectiva en comunicación fluídica con el colector. Una pluralidad de tubos de bajada están conectados en comunicación fluídica con el colector. Cada tubo de bajada está configurado y adaptado para conectarse al colector en comunicación fluídica con un tambor de vapor. El colector, las conducciones de succión y los tubos de bajada están configurados y adaptados para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión.

Según determinadas formas de realización, el colector define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada y una sección de salida opuesta que está separada de la sección de entrada a lo largo del eje longitudinal. Las conducciones de succión están todas conectadas a la sección de salida del colector, y los tubos de bajada están todos conectados a la sección de entrada del colector.

En determinadas formas de realización a modo de ejemplo, hay cuatro tubos de bajada, estando los dos tubos de bajada interiores hacia el interior con respecto a dos tubos de bajada hacia el exterior. Cada tubo de bajada interior está conectado al colector en una primera posición axial común en el colector. Cada tubo de bajada exterior está conectado al colector en una segunda posición axial común en el colector. Las posiciones axiales primera y segunda pueden estar separadas axialmente a lo largo del eje longitudinal del colector.

Se contempla que los tubos de bajada pueden estar orientados perpendiculares al colector cuando están conectados al mismo, y pueden estar orientados todos en paralelo entre sí en los extremos de entrada de los mismos. De manera similar, una o más de las conducciones de succión pueden estar orientadas perpendiculares al colector cuando están conectadas al mismo, y paralelas entre sí en los extremos de salida de las mismas. Dos conducciones de succión pueden estar escalonadas axialmente o pueden estar alineadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector. Una tercera conducción de succión puede estar conectada al colector en alineación axial con el mismo.

La invención también proporciona una caldera solar para la producción de energía solar. La caldera solar incluye un generador de vapor y un supercalentador conectado cada uno en comunicación fluídica con un tambor de vapor. Una pluralidad de tubos de bajada están conectados en comunicación fluídica con el tambor de vapor. Un colector de circulación orientado verticalmente está conectado de manera fluida a los tubos de bajada. Una pluralidad de conducciones de succión están en comunicación fluídica con el colector de circulación. Las conducciones de succión están cada una configuradas y adaptadas para colocar una bomba de circulación en comunicación fluídica con el colector de circulación. El colector de circulación, las conducciones de succión y los tubos de bajada están configurados y adaptados para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión. Se contempla que el colector de circulación puede presentar secciones de entrada y salida axialmente separadas tal como se describió anteriormente, estando la sección de entrada por encima de la sección de salida.

La invención también proporciona una caldera para la producción de energía que presenta una pluralidad de colectores en cascada que conectan de manera fluida un colector de circulación a un generador de vapor. El colector de circulación está configurado para hacer circular agua desde un tambor de vapor hacia el generador de vapor. La pluralidad de colectores en cascada están configurados y adaptados para proporcionar un flujo sustancialmente igual a los paneles del generador de vapor.

En determinadas formas de realización, la pluralidad de colectores en cascada incluyen una trayectoria de flujo que pasa a través de una serie de colectores progresivamente más pequeños desde el colector de circulación hasta los paneles del generador de vapor. Puede haber al menos tres tamaños y/o niveles de colector entre el colector de circulación y los tubos individuales de los paneles del generador de vapor.

Según determinados aspectos, puede proporcionarse una segunda pluralidad de colectores en cascada para conectar de manera fluida el generador de vapor al tambor de vapor para proporcionar una mezcla saturada de agua y vapor desde el generador de vapor hasta el tambor de vapor. La segunda pluralidad de colectores en cascada pueden incluir una trayectoria de flujo que pasa a través de una serie de colectores progresivamente más grandes desde los paneles del generador de vapor hasta el tambor de vapor. Puede haber al menos dos tamaños y/o niveles de colector entre los tubos individuales de los paneles del generador de vapor y el tambor de vapor.

Estas y otras características de los sistemas y procedimientos de la invención objeto se pondrán más claramente de manifiesto para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada de las formas de realización preferidas tomadas junto con los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para que los expertos en la materia a la que pertenece la invención objeto entiendan fácilmente cómo fabricar y utilizar los dispositivos y procedimientos de la invención objeto sin excesiva experimentación, a continuación en la presente memoria se describirán con detalle formas de realización preferidas de los mismos haciendo referencia a determinadas figuras, en las que:

la figura 1 es una vista en alzado frontal de una forma de realización a modo de ejemplo de una caldera solar construida según la presente invención, que muestra la caldera solar por encima de una torre receptora solar, con una parte en corte transversal que deja ver el interior que muestra el tambor de vapor y tuberías dentro del espacio interior de la caldera;

la figura 2 es una vista en alzado de una parte de un colector de circulación a modo de ejemplo típico de la técnica anterior, que muestra la disposición de colector horizontal;

la figura 3 es una vista en alzado de una parte de la caldera solar de la figura 1, que muestra el colector de circulación en una disposición de colector vertical con las entradas y salidas del colector separadas axialmente a lo largo de la longitud del mismo;

la figura 4 es una vista en alzado de otra forma de realización a modo de ejemplo de un colector de circulación construido según la presente invención, que muestra dos conducciones de succión escalonadas que conectan el colector a dos bombas respectivas; y

la figura 5 es una vista esquemática de una parte de la caldera solar de la figura 1, que muestra una disposición de colectores en cascada para hacer circular fluidos a través de los paneles de caldera.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS

Ahora se hará referencia a los dibujos en los que números de referencia similares identifican aspectos o características estructurales similares de la invención objeto. Con el propósito de explicar e ilustrar, y no de limitar, en la figura 1 se muestra una vista parcial de una forma de realización a modo de ejemplo de una caldera solar según la invención y se designa generalmente con el carácter de referencia 100. Otras formas de realización de calderas solares según la invención, o aspectos de la misma, se proporcionan en las figuras 3-5, tal como se describirá. Los sistemas de la invención pueden utilizarse para mejorar la fiabilidad de la circulación y la distribución del flujo dentro de calderas, y particularmente en las calderas solares.

En referencia ahora a la figura 1, se muestra una caldera 100 solar para la producción de energía solar en la parte superior de una torre 102 receptora solar, que puede estar rodeada por un campo de helióstatos para concentrar radiación solar en la caldera 100 solar. La caldera 100 solar incluye una pluralidad de paneles 104 de caldera solar que forman un perímetro que rodea un espacio 106 interior de caldera, que es visible a través de la parte en corte transversal que deja ver el interior en la figura 1. Una estructura 108 de soporte dentro del espacio 106 interior de caldera soporta los paneles 104 de caldera solar. Los paneles 104 de caldera incluyen un generador 110 de vapor con un supercalentador 112 contiguo al mismo en la parte superior de la caldera 100, y con un recalentador 114 contiguo al generador 110 de vapor en la parte inferior de la caldera 100. Los paneles 104 para el generador 110 de vapor, el supercalentador 112 y el recalentador 114 se describen en la solicitud de patente US en tramitación junto con la presente, en cotitularidad, con número de serie 12/552.724, presentada el 2 de septiembre de 2009, que se incorpora por referencia a la presente memoria en su totalidad.

Tal como puede observarse en la parte en corte transversal que deja ver el interior de la figura 1, un tambor de vapor 116 está montado en la estructura 108 de soporte dentro del espacio 106 interior de caldera. Los paneles 104 de caldera definen extensiones superior e inferior del espacio 106 interior de caldera, y el tambor 116 está montado por debajo de la extensión superior del espacio 106 interior de caldera. Más particularmente, el tambor 116 está montado en el espacio 106 interior dentro de la elevación del supercalentador 112.

Puesto que los paneles 104 de caldera forman una superficie de transferencia de calor sustancialmente continua configurada para bloquear la radiación solar incidente sobre la misma desde el espacio 106 interior de caldera, el tambor 116 está protegido mediante los paneles 104 de la intensa radiación térmica incidente sobre el receptor solar durante el funcionamiento. Los paneles 104 de caldera solar forman cuatro paredes de caldera que rodean el espacio 106 interior de caldera. Puede utilizarse cualquier otro número de paredes adecuado sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Las configuraciones de caldera de cuatro paredes se describen en mayor detalle en las solicitudes de patente US en tramitación junto con la presente, en cotitularidad, con números de serie 12/547.650 y 12/617.054, presentadas el 26 de agosto de 2009 y el 12 de noviembre de 2009, respectivamente, cada una de las cuales se incorpora por referencia a la presente memoria en su totalidad. Tubos de bajada 152a, 152b, 152c y 152d conectados al tambor de vapor 116 también están soportados por la estructura 108 de soporte.

En referencia ahora a la figura 2, se muestra un ejemplo de un tambor de vapor 16 y un colector de circulación 50 tradicionales. Cuatro tubos de bajada 52a, 52b, 52c y 52d conectan el tambor de vapor 16 al colector de circulación 50, que a su vez está conectado a las bombas 54a, 54b y 54c mediante las conducciones de succión 56a, 56b y 56c, respectivamente. En el funcionamiento normal, las bombas 54a-54c hacen circular agua saturada fuera del tambor 16, a través de los tubos de bajada 52a-52d, el colector 50, las conducciones de succión 56a-56c, a través del generador de vapor, y de vuelta hacia el tambor 16 como una mezcla de vapor y agua saturados. Sin embargo, si una o más de las bombas 54a-54c falla o pierde capacidad o reduce su caudal de otro modo, los niveles de fluido dentro del tambor 16 se harán irregulares. Por ejemplo, si la bomba 54a deja de funcionar, la conducción de succión 56a se volverá efectivamente ineficaz. Puesto que la conducción de succión 56a está en la mayor proximidad a los tubos de bajada 52a y 52b, el flujo en esos dos tubos de bajada 52a y 52b se reducirá mucho más de lo que lo hará el flujo en los tubos de bajada 52c y 52d más distantes. El resultado es que las partes del tambor 16 próximas a las aberturas en los tubos de bajada 52a y 52b presentarán un nivel de fluido mayor que las partes próximas a los tubos de bajada 52c y 52d, que todavía pueden proporcionar succión a niveles casi normales. Los niveles de fluido irregulares a través del tambor 16 crearán un desequilibrio de flujo en el tambor 16, lo que puede producir un alto arrastre o una falsa alarma de nivel de agua bajo o desconexión por nivel de agua bajo. El funcionamiento prolongado con grandes desequilibrios en el nivel de agua del tambor también puede conducir a fatiga a largo plazo y a problemas metalúrgicos que surgen del tambor 16 que se sobrecalienta.

En referencia ahora a la figura 3, el sistema de colector para la circulación de fluido en la caldera 100 proporciona un flujo uniforme en los tubos de bajada incluso cuando se reduce el flujo en una o más de las conducciones de succión. El sistema incluye un colector de circulación 150 configurado para conducir fluido a su través para hacer circular fluidos en la caldera 100. Tres conducciones de succión 156a, 156b y 156c están conectadas en comunicación fluídica con el colector de circulación 150. Cada conducción de succión 156a, 156b y 156c está configurada y adaptada para conectarse a una bomba respectiva 154a, 154b y 154c en comunicación fluídica con el colector de circulación 150. Cuatro tubos de bajada 152a, 152b, 152c y 152d están conectados en comunicación fluídica con el colector de circulación 150. Cada uno de los tubos de bajada 152a-152d conecta el colector de circulación 150 en comunicación fluídica con el tambor de vapor 116.

El colector 150 define un eje longitudinal A y presenta una sección de entrada 158 y una sección de salida opuesta 160. La sección de salida 160 está separada axialmente de la sección de entrada 158 a lo largo del eje longitudinal A. Las conducciones de succión 156a-156c están todas conectadas a la sección de salida 160, y los tubos de bajada 152a-152d están todos conectados a la sección de entrada

158. Todo el fluido que pasa desde la sección de entrada 158 hasta la sección de salida 160 debe pasar a través de una sección común 162 entre las salidas de los tubos de bajada 152a-152d y las entradas de las conducciones de succión 156a-156c. Puesto que todo el fluido debe pasar a través de la sección común 162, en el caso de que el flujo a través de una o más de las conducciones de succión 156a-156c se reduzca con respecto a las otras, el flujo de succión disminuirá para todos los tubos de bajada 152a-152d de manera sustancialmente uniforme. El colector 150, las conducciones de succión 156a-156c y los tubos de bajada 152a-152d están configurados y adaptados por tanto para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada 152a-152d incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión 156a-156c durante el funcionamiento de bombas individuales o múltiples. El caudal puede reducirse completa o parcialmente en una bomba dada debido a un fallo del sistema, o sin ningún fallo, por ejemplo si se desea hacerlo funcionar a un caudal de masa global inferior. El flujo global en tales casos disminuiría, pero el equilibrio del flujo permanecería sustancialmente uniforme a lo largo de tambor 116 y a través de los tubos de bajada 152a-152d. Se elimina el problema del desequilibrio de flujo al perder una o más bombas, lo que significa que la caldera puede continuar funcionando tras perder una o más bombas. Esta configuración también reduce o elimina efectos negativos procedentes del desequilibrio en el nivel de agua incluyendo fatiga de metal, sobrecalentamiento, desconexiones de caldera y problemas de control.

Los dos tubos de bajada interiores 152b y 152c están hacia el interior con respecto a los dos tubos de bajada hacia el exterior 152a y 152d. Cada uno de los tubos de bajada interiores 152b y 152c está conectado al colector 150 en una primera posición axial común 164 en el colector, es decir, los tubos de bajada 152b y 152c se conectan al colector 150 a la misma elevación a lo largo del eje A. Cada uno de los tubos de bajada exteriores 152a y 152d está conectado al colector 150 en una segunda posición axial común 166 en el colector, es decir, los tubos de bajada 152a y 152d se conectan al colector 150 en una elevación común a lo largo del eje A, que es inferior a donde los colectores interiores 152b y 152c se conectan al colector 150, tal como se orienta en la figura 3.

Siguiendo con la referencia a la figura 3, los tubos de bajada 152a-152d están todos orientados perpendiculares al colector 150 cuando están conectados al mismo. Todos los tubos de bajada 152a-152d están orientados paralelos entre sí en los extremos de entrada de los mismos, es decir, cuando están conectadas al tambor 116. De manera similar, las conducciones de succión 156a y 156c están orientadas perpendiculares al colector 150 cuando están conectadas al mismo, y son paralelas entre sí en los extremos de salida de las mismas, es decir, cuando están conectadas a las bombas 154a y 154c respectivas. La tercera conducción de succión 156b está conectada al colector 150 en alineación axial con el mismo. Todas las conducciones de succión 156a-156c y los tubos de bajada 152a-152d están orientados predominantemente paralelos al colector de circulación 150 y perpendiculares al tambor 116.

En referencia ahora a la figura 4, se muestra otra forma de realización a modo de ejemplo de un sistema 200 de colector construido según la invención objeto. El sistema 200 de colector incluye el tambor 216, los tubos de bajada 252a, 252b, 252c y 252d, el colector de circulación 250 con el eje longitudinal B, la sección de entrada 258, la sección de salida 260, la sección común 262, las bombas 254a y 254b similares a los descritos anteriormente con respecto a la figura 3. El sistema 200 de colector presenta dos bombas 254a y 254b conectadas al colector de circulación 250 mediante dos conducciones de succión 256a y 256b respectivas. En lugar de conectarse al colector 250 en una elevación común como lo hacen las conducciones de succión 156a y 156c en la figura 3, las conducciones de succión 256a y 256b están escalonadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector 250. Puesto que todo el fluido debe bombearse a través de la parte 262 común, aunque una de las dos bombas 254a y 254b pierda energía o se disminuya o reduzca su capacidad o caudal másico de otro modo, el flujo a través de los tubos de bajada 252a-252d permanecerá sustancialmente igual, y los niveles de fluido en el tambor 216 permanecerán sustancialmente uniformes. Las entradas escalonadas para las conducciones de succión 256a y 256b proporcionan ventajas tales como prevención de una falsa alarma de nivel bajo o desconexión por nivel bajo, disminución del arrastre y aumento del rendimiento de la bomba.

En referencia de nuevo a las figuras 1 y 3, el generador 110 de vapor y el supercalentador 112 están conectados cada uno en comunicación fluídica con el tambor de vapor 116. Los tubos de bajada 152a-152d están conectados en la parte inferior del tambor de vapor 116 donde se aloja el fluido. El colector de circulación 150 está orientado verticalmente dentro de la caldera 100, como lo están los tubos de bajada 152a-152d y las conducciones de succión 156a-156c. En esta orientación vertical del colector, la sección de entrada 158 del colector 150 está por encima de la sección de salida 160. Aunque se describe en la presente memoria en el contexto a modo de ejemplo de presentar un colector de circulación orientado verticalmente, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que un colector de circulación puede estar orientado horizontalmente, o en cualquier otra orientación adecuada y lograr todavía beneficios, siempre que los tubos de bajada y las conducciones de succión se conecten al colector de tal forma que se proporcione un flujo sustancialmente uniforme a través de los tubos de bajada incluso cuando el flujo sea desigual en las conducciones de succión.

En referencia ahora a la figura 5, se muestra esquemáticamente el generador 110 de vapor de la caldera 100. El sistema de colectores en cascada que conectan de manera fluida el colector de circulación 150 (no mostrado en la figura 5, pero observado en la figura 3) al generador 110 de vapor proporcionan caudales sustancialmente iguales para cada panel 104 de receptor solar del generador 110 de vapor.

Las bombas de circulación, por ejemplo, las bombas de circulación 154a-154c y 254a-254b, alimentan a los colectores primarios 168, tal como se indica en la figura 5 mediante las flechas que señalan a cada colector primario 168. La configuración a modo de ejemplo mostrada en la figura 5 presenta dos conducciones que alimentan a cada colector primario 168, tal como si dos bombas de circulación, por ejemplo, 254a y 254b, presentan cada una dos boquillas/conducciones de descarga, alimentando cada bomba a una conducción hacia cada colector primario 168. En el caso de que una bomba pierda potencia, la bomba restante todavía puede alimentar a todo el generador 110 de vapor a través de ambos colectores primarios 168. Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que puede variarse el número de bombas y/o conducciones que alimentan a los colectores primarios 168 sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Por ejemplo, si se utilizan tres bombas, tal como las bombas 154a-154c, cada bomba puede presentar dos conducciones de alimentación, una para cada colector primario 168 de modo que cada colector primario 168 pueda alimentarse mediante las tres bombas.

Cada colector primario 168 presenta cuatro conducciones de entrada, conectadas cada una a un colector secundario 170 respectivo, para un total de ocho colectores secundarios 170. Cada colector secundario 170 presenta ocho conducciones de salida, alimentando dos conducciones de salida a cada colector de entrada de panel 172. En la figura 5, se muestran todos los componentes dispuestos planos para mayor claridad. La línea discontinua C indica dónde cambian de dirección realmente las conducciones de alimentación entre los colectores secundarios 170 y los colectores de entrada de panel 172 en la caldera 100 construida, partiendo hacia abajo desde las salidas de los colectores 170, luego curvándose hacia arriba en la línea C y continuando hacia arriba hacia los conectores de entrada de panel 172. Esta disposición hace que el flujo a través de cada panel sea en la dirección hacia arriba. Los beneficios de presentar todos los paneles del generador de vapor en una configuración de flujo hacia arriba se describen en mayor detalle en la solicitud de patente US, en tramitación junto con la presente, en cotitularidad, con número de serie 12/547.650.

Presentar dos conducciones que alimentan a cada colector de entrada de panel 172 ayuda a proporcionar un flujo uniforme a través de los tubos de los paneles 104. Cada panel 104 alimenta a un colector de salida de panel 174 respectivo. En la figura 5, sólo un panel 104, un colector de entrada de panel 172 y un colector de salida de panel 174 están marcados con caracteres de referencia por motivos de claridad. Cada colector de salida de panel 174 presenta dos conducciones de salida que alimentan a un colector de salida intermedio 176. Cada colector de salida intermedio 176 se alimenta mediante un par de paneles 104, y alimenta al tambor de vapor 116 a través de una única conducción de alimentación. El tambor de vapor 116 no se muestra en la figura 5, sino que el flujo hacia el tambor 116 está indicado mediante las flechas que señalan a los colectores de salida intermedios 176.

La pluralidad de colectores en cascada 168, 170 y 172 definen una trayectoria de flujo de ramificación que pasa a través de una serie de colectores progresivamente más pequeños desde el suministro (por ejemplo, el colector de circulación 150) hasta los paneles 104 del generador 110 de vapor. Hay tres tamaños de colector y tres niveles (168, 170, 172) entre la fuente (por ejemplo, el colector de circulación 150) y los tubos individuales de los paneles 104 en el generador 110 de vapor. En el lado de salida de los paneles 104, una segunda pluralidad de colectores en cascada, es decir los colectores 174 y 176, conectan de manera fluida el generador 110 de vapor al tambor de vapor 116 para proporcionar una mezcla saturada de agua y vapor desde el generador 110 de vapor hasta el tambor de vapor 116. Esta segunda pluralidad de colectores en cascada 174 y 176 definen una trayectoria de flujo que pasa a través de una serie de colectores progresivamente más grandes desde los paneles 104, a través de los colectores 174, hacia los colectores 176, y luego hacia el tambor de vapor 116. Hay dos tamaños de colector y niveles entre los tubos individuales de los paneles 104 del generador 110 de vapor y el tambor de vapor 116. Esta disposición de colectores de entrada y salida en cascada proporciona un flujo sustancialmente equilibrado a los tubos individuales de los paneles 104 en el generador 110 de vapor, puesto que cada colector proporciona mezclado y equilibrio. Con múltiples niveles de colectores de mezclado, equilibrio, entre componentes relativamente grandes como el colector de circulación 150 y componentes relativamente pequeños como los tubos de los paneles 104, hay múltiples sitios para que el fluido de trabajo fluya hasta la mezcla y el equilibrio. Otro beneficio de presentar múltiples escalones de colectores es que facilita la modularización durante la construcción, el mantenimiento, las reparaciones, y similares, de la caldera. Una configuración de colector en cascada, con un número aumentado de colectores, permite que los colectores sean más pequeños y por tanto que los colectores puedan presentar paredes más finas. Dado que una caldera solar normalmente presenta un ciclo diario, que va desde un estado caliente hasta un estado frío, un grosor de pared mínimo resulta ventajoso para reducir la deformación, la fatiga y las altas tensiones.

Aunque se describe en la presente memoria en el contexto a modo de ejemplo de presentar tres niveles de colectores de entrada en cascada y dos niveles de colectores de salida en cascada, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que puede utilizarse cualquier número adecuado de niveles de colector en los lados de entrada y salida de los paneles de caldera. Además, puede utilizarse cualquier número

o tamaño adecuado de colectores y conducciones de alimentación en cualquier nivel de un sistema de colector de entrada y salida en cascada sin apartarse del alcance y el espíritu de la invención. Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria proporcionan ventajas particulares cuando se aplican a calderas solares, sin embargo los expertos en la materia apreciarán fácilmente que los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria pueden aplicarse a cualquier otro tipo adecuado de caldera sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

Los procedimientos y sistemas de la presente invención, tal como se ha descrito anteriormente y mostrado en los dibujos, proporcionan calderas, y particularmente calderas solares, con propiedades superiores incluyendo la distribución de flujo mejorada en los componentes de circulación y los paneles de receptor. Aunque el aparato y los procedimientos de la invención objeto se han mostrado y descrito con referencia a formas de realización preferidas, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que pueden realizarse cambios y/o modificaciones de las mismas sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de colector para la circulación de fluido en una caldera (100), caracterizado porque comprende:

a) un colector (150, 250) configurado para conducir fluido a su través para hacer circular fluidos en una caldera (100);

b) una pluralidad de conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas en comunicación fluídica con el colector (150, 250), estando configurada y adaptada cada conducción de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) para conectarse a una respectiva bomba en comunicación fluídica con el colector (150, 250); Y

c) una pluralidad de tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados en comunicación fluídica con el colector (150, 250), estando configurado y adaptado cada tubo de bajada para conectarse al colector (150, 250) en comunicación fluídica con un tambor (116, 216) de vapor,

d) donde el colector (150, 250) define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada (158, 258) Yuna sección de salida (160, 260) opuesta que está separada de la sección de entrada (158, 258) a lo largo del eje longitudinal, y estando todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas a la sección de salida (160, 260) del colector (150, 250), Yestando todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados a la sección de entrada (158, 258) del colector (150, 250), estando así configurados y adaptados el colector (150, 250), las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) y los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) para extraer cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b).
2. Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos cuatro tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d), estando los dos tubos de bajada (152b, 152c, 252b, 252c) interiores dispuestos en el interior con respecto a dos tubos de bajada (152a, 152d, 252a, 252d) dispuestos en el exterior.
3.

Sistema de colector según la reivindicación 2, caracterizado porque cada tubo de bajada interior (152b, 152c, 252b, 252c) está conectado al colector (150, 250) en una primera posición axial común en el colector (150, 250), Y estando cada tubo de bajada exterior (152a, 152d, 252a, 252d) conectado al colector (150, 250) en una segunda posición axial común en el colector (150, 250), Y estando la primera y segunda posiciones axiales separadas axialmente a lo largo del eje longitudinal del colector (150, 250).
4.

Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) están orientados perpendiculares al colector (150, 250) cuando están conectados al mismo.
5.

Sistema de colector según la reivindicación 4, caracterizado porque todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) están orientados paralelos entre sí en los extremos de entrada de los mismos.
6.

Sistema de colector según la reivindicación 1, caracterizado porque una o más de las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) están orientadas perpendiculares al colector (150, 250) cuando están conectadas al mismo.
7.

Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) están orientadas paralelas entre sí en los extremos de salida de las mismas.
8.

Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (256a, 256b) están escalonadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector (250).
9.

Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (156a, 156c) están alineadas axialmente una con respecto a la

otra cuando están conectadas al colector (150).
10.

Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque una tercera conducción de succión (156b) está conectada al colector (150) en alineación axial con el mismo.
11.

Sistema de colector según la reivindicación 6, caracterizado porque dos conducciones de succión (156a, 156c) están alineadas axialmente una con respecto a la otra cuando están conectadas al colector (150), y estando una tercera conducción de succión (156b) conectada al colector en alineación axial con el mismo.
12.

Caldera (100) solar para la producción de energía solar, caracterizada porque comprende:

a) un generador de vapor y un supercalentador conectado cada uno en comunicación fluídica con un tambor (116, 216) de vapor; b) una pluralidad de tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados en comunicación fluídica con el tambor (116, 216) de vapor;

c) un colector (150, 250) de circulación orientado verticalmente conectado de manera fluida a los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d); y

d) una pluralidad de conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) en comunicación fluídica con el colector (150, 250) de circulación; estando configurada y adaptada cada una de las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) para colocar una bomba de circulación en comunicación fluídica con el colector (150, 250) de circulación,

e) donde el colector (150, 250) de circulación define un eje longitudinal y presenta una sección de entrada (158, 258) Y una sección de salida (160, 260) opuesta que está separada de la sección de entrada (158, 258) a lo largo del eje longitudinal, estando la sección de entrada (158, 258) situada por encima de la sección de salida (160, 260), Y estando todas las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) conectadas a la sección de salida (160, 260) del colector (150, 250), Y estando todos los tubos de bajada (152a, 152b, 152c,

152d, 252a, 252b, 252c, 252d) conectados a la sección de entrada (158, 258) del colector (150, 250), estando así configurados y adaptados el colector (150, 250) de circulación, las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b) y los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) para extraer

5 cantidades sustancialmente iguales de fluido de cada uno de los tubos de bajada (152a, 152b, 152c, 152d, 252a, 252b, 252c, 252d) incluso cuando el flujo es irregular entre las conducciones de succión (156a, 156b, 156c, 256a, 256b).
13. Caldera (100) solar según la reivindicación 12, caracterizada porque

10 comprende además una pluralidad de colectores en cascada (168, 170, 172) que conectan de manera fluida el colector (150, 250) de circulación al generador (110) de vapor, estando configurados y adaptados la pluralidad de colectores en cascada (168, 170, 172) para proporcionar un flujo sustancialmente igual a los paneles del generador

(110) de vapor. 15