COLECTOR SOLAR DE CONCENTRACIÓN PARABÓLICO
D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un colector solar de concentración parabólico, que presenta una nueva estructuración de la que se derivan múltiples ventajas. El objeto de la invención es proporcionar un colector auto-orientable con una estructura sencilla que lo haga más económico, con unas dimensiones reducidas que permitan que con un único producto en virtud de la multiplicación del mismo, poder adaptarse a muy diversas prestaciones requeridas, fácil de regular, con un alto rendimiento, con medios de seguridad tanto activos como pasivos, así como con medios de auto-limpieza.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención son conocidos colectores solares de concentración parabólicos, en los que participa una estructura parabólica que concentra la radiación solar sobre un colector propiamente dicho, en orden a calentar un fluido pasante por el mismo, normalmente agua, sin descartar otros fluidos.
Para optimizar el rendimiento de este tipo de dispositivos, es imprescindible que los mismos incluyan medios de a uto- orientación, en virtud de la orientación cambiante de la radiación solar a lo largo del día.
En tal sentido este tipo de dispositivos basculan con respecto a un eje de giro situado por detrás de la superficie parabólica, afectando por tanto a toda la estructura.
Esto conlleva el hecho de que las conducciones de entrada y salida del fluido en el colector propiamente dicho se vean sometidas a pares torsores, siendo indispensable la participación de conexiones rotatorias, complejas, caras y difíciles de aislar térmicamente.
Otro problema que presentan este tipo de dispositivos es que por su propia
configuración generan un efecto “vela”, que podría dañarlos.
En tal sentido, el grado de movilidad de estos dispositivos es relativamente limitado, por lo que no se puede asegurar una completa protección frente a fuertes vientos dependiendo de la dirección de éstos.
A mayor abundamiento, este tipo de dispositivos pierden eficacia con el paso del tiempo debido a la suciedad que pueda depositarse sobre su superficie de concentración de la reflexión, de manera que en ocasiones se encuentran dispuestos en lugares de difícil acceso para su limpieza manual.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El colector solar de concentración parabólico que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos comentados.
Para ello, de acuerdo con una de las características esenciales de la invención, se ha previsto que el elemento sobre el que se concentra la radiación solar, en el presente caso un tubo de vacío, esté dispuesto sobre un bastidor estático que se vincula a el por ambos extremos, es decir, que dicho tubo de vacío no se ve en ningún momento afectado por los movimientos de rotación de la superficie parabólica reflectante y basculante.
De forma más concreta, y en contra de lo que sucede en los colectores convencionales de este tipo, se ha previsto que la superficie parabólica reflectante bascule respecto del imaginario eje central y longitudinal del tubo de vacío.
Para ello, dicha superficie parabólica reflectante se vinculará por sus bordes laterales curvos a una serie de brazos radiales que confluyen en un rodamiento o cojinete cuyo eje, como se decía, es axial al imaginario eje longitudinal y medio del tubo de vacío.
A partir de esta estructuración, en el bastidor de soporte de dicho tubo de vacío, en cuyos extremos se establecen los correspondientes ejes de basculación de la superficie parabólica reflectante, se dispondrá al menos un pequeño motor eléctrico
con un piñón que engranará en una rueda dentada solidaria a la estructura portante de la superficie parabólica reflectante.
Esta estructura presenta múltiples ventajas, entre las que cabe destacar las siguientes:
• Al presentar el tubo de vacío una posición estática invariable, los tubos de entrada y salida del fluido a calentar no precisan de complejas conexiones articuladas, pudiendo ser fácilmente aislados térmicamente, lo que simplifica y abarata el montaje.
• Los medios mediante los cuales es posible hacer bascular la superficie parabólica reflectante no se ven limitados en giro, en contra de lo que sucede en los colectores convencionales. Esto permite que los mismos puedan voltearse completamente, tanto como medio de seguridad activa, ante fuertes vientos, o ante un exceso de temperatura en el interior del tubo de vacío, como para llevar a cabo las labores de limpieza automática del colector, como se verá más adelante.
De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto que el tubo de vacío presente una estructuración novedosa, de manera que la cámara por la que circula el fluido caloportador a calentar se subdivide en dos cámaras concéntricas cilindricas, una cámara intema, a través de la que está destinada a fluir el fluido frío, y una cámara extema, concéntrica a ésta, que comunica con la anterior a partir de un orificio en su extremidad inferior, de manera que se maximiza la superficie de contacto con la zona de radiación del tubo de vacío, que corresponde con la superficie externa de la cámara externa, optimizándose el rendimiento de dicho tubo.
Para optimizar aún mas dicho proceso de transmisión de calor, se ha previsto que el fluido caloportador en su desplazamiento por el espacio definido entre las dos cámaras se haga circular a través de un deflector helicoide, establecido entre ambas cámaras que obligue a fluir a dicho fluido caloportador en sentido helicoidal, de modo que se consigue una transmisión de calor mucho mas homogénea y óptima.
En tal sentido, la sección de acceso a la cámara interior debe ser la misma que la sección de salida del fluido caloportador de la cámara exterior, en orden a que no se
creen diferencias de presiones.
El colector podrá auto-orientarse a partir de cualquier sistema de auto-orientación conocido, ya sea en tiempo real, en función del cálculo del ángulo de incidencia del sol, para lo cual estará asistido por una o más placas fotovoltaicas que aseguren su total autonomía, pudiendo estar dicho movimiento simplemente programado mediante un reloj.
En tal sentido, y como se puede observar, a lo largo de la presente descripción no se ha hablado de la orientación del colector, por cuanto que el mismo podria ser tanto horizontal (siguiendo el azimut), como vertical (este-oeste), sin que ello afecte a la esencia de la invención.
De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto que la superficie parabólica reflectante incluya en su zona media una serie de sectores que, siendo igualmente de naturaleza reflectante, actúen a modo de compuertas abatióles en contra de la tensión de un resorte, sobre un eje de basculación, determinando así unos medios de seguridad pasiva ante fuertes rachas de viento, que permitan el abatimiento de dichos sectores y el paso del aire a su través, reduciendo los esfuerzos resultantes sobre el conjunto del colector.
Otra característica novedosa de la invención es que, en el caso de que el colector adopta una disposición horizontal, bajo la estructura o bastidor soporte del mismo se establezcan una serie de boquillas de impulsión de agua a presión, que permitan el lavado y consecuente limpieza de la superficie parabólica reflectante, cuando esta se voltea completamente, quedando orientada hacia abajo, en oposición a dichas boquillas.
Este proceso de limpieza se podrá automatizar de forma sencilla, así como el auto- orientado del colector en función de la posición el sol, aprovechando la inclusión de la placa o placas fotovoltaicas anteriormente descritas.
Otra mejora de la invención consiste en que, opcionalmente uno de los bastidores extremos de soporte del dispositivo presente una estructura de tipo tijera, regulable mediante un tomillo sin fin asociado a un motor eléctrico asociado a la electrónica de
control del dispositivo, de manera que, permita ajustar la inclinación del concentrador de acuerdo al eje de Azimut De esta manera, se consigue un concentrador solar parabólico ajustable a dos ejes. Finalmente decir que, dado que la superficie parabólica reflectante solo concentra la radiación solar sobre un arco de la superficie circular del tubo de vacío, se ha previsto que sobre la zona que no se ve afectada por dicho concentrador, vaya dispuesta una lente de concentración, de tipo Fresnell, que obviamente será solidaria a la estructura basculante asociada a la superficie parabólica reflectante.
Tal y como se ha dicho con anterioridad, el dispositivo de la invención está pensado para fabricarse preferentemente en tamaños pequeños y manejables, de modo que los mismos se implanten en un número múltiple de dispositivos, lo que además de dar una mayor adaptabilidad a los requisitos de cada caso, permite un mejor control de la temperatura de la instalación completa, al poder jugar con la inhabilitación de unos y otros dispositivos de forma selectiva para adaptarse a los requisitos cambiantes que pueda tener dicha instalación.
El dispositivo así descrito presenta un gran rendimiento, del orden del 95%, en contra de otros sistemas conocidos.
De igual manera cabe destacar el carácter modular que presenta el dispositivo de la invención, ya que se trata de un dispositivo escalable y agrupable con otros del mismo tipo, no necesitando unas grandes longitudes como sucede con los concentradores solares parabólicos existentes, lo que supone una gran versatilidad de montaje.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 - Muestra una vista en planta de un colector solar de concentración
parabólico realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2 - Muestra una vista en perfil del dispositivo de la figura anterior. La figura 3 - Muestra una vista similar a la de la figura anterior, pero en la que la superficie parabólica reflectante fia cambiado de inclinación, a su posición de seguridad/inoperancia que coincide con la posición de lavado, pudiéndose observar como el tubo de vado no se ve afectado por dicho movimiento. La figura 4 - Muestra una vista en perfil del dispositivo, en el que el mismo aparece con sus medios de seguridad pasivos en situadón de trabajo.
La figura 5 - Muestra un detalle en secdón de la nueva estructura intema prevista para el tubo de vacío que partidpa en el dispositivo de la invendón.
La figura 6 - Muestra un detalle de uno de los bastidores extremos de soporte del dispositivo.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como el colector solar de concentradón parabólico de la invendón está constituido a partir de una superficie de reflexión parabólica (1) y un elemento sobre el que se concentra la radiadón solar, en este caso un tubo de vacío (2), con su correspondiente entrada (3) de agua o fluido a calentar y salida (4) de fluido caliente, con la particularidad de que el tubo de vacío (2) se dispone sobre un bastidor (5) de forma estática, es dedr solidaria a dicho bastidor, vinculándose a éste por ambos extremos.
Por su parte, y en contra de lo que sucede con los colectores de conce ntradón parabólicos habituales, se ha previsto que la superfide de reflexión parabólica (1) bascula respecto del imaginario eje central (6) y longitudinal del tubo de vacío (2).
De forma más concreta dicha superfide de reflexión parabólica (1) se vincula a través de sus extremos laterales con unos brazos (7) que confluyen en un rodamiento o cojinete cuyo eje, como se decía, es axial al imaginario eje longitudinal y medio del
tubo de vacío, de manera que en correspondencia con la entrada y la salida (3-4) del tubo de vacío, se ha previsto que dichos brazos sean solidarios a un anillo (8), que se vincula a la estructura del tubo de vacío (2) a través de un cojinete o rodamiento, anillo al que es solidario una rueda dentada (9) en la que engrana un piñón (10) asociado a un pequeño motor eléctrico (11), solidarios a la estructura asociada al propio tubo de vacío (2).
Esta estructura permite que la superficie de reflexión parabólica (1) pueda girar 360° con respecto al tubo de vacío sin interferir con las conducciones asociadas a la entrada (3) y la salida (4), lo que permite hacer girar dicha superficie de reflexión parabólica (1) hasta la posición mostrada en la figura 3, o cualquier otra posición de seguridad activa en función de la dirección del viento, la cual será controlada mediante un microprocesador y los correspondientes medios de control/sensorización convencionales, pudiendo igualmente ser utilizado para generar sombra sobre el propio tubo de vacío, cuando las temperaturas alcanzadas en su interior puedan ser excesivas.
Para maximizar el rendimiento en la transmisión de calor en el tubo de vacío (2), se ha previsto que éste presente una estructuración completamente novedosa, de acuerdo con lo mostrado en la figura 5, de manera que, la cámara por la que circula el fluido calop orlador a calentar se subdivide en dos cámaras concéntricas cilindricas, una cámara intema (19), a través de la que está destinada a fluir el fluido frío, abierta por uno de sus extremos a través de la que comunica con una cámara extema (20), concéntrica a ésta, que es sobre la que se concentra la radiación solar en el seno del tubo de vacío, con la particularidad de que para una mejor distribución del fluido calo- portador en el seno de dicha cámara, se ha previsto que en la misma se disponga un deflector helicoidal (21) que obligue al fluido calo-portador a girar sobre la superficie de concentración del calor en su desplazamiento hacia la salida de dicho tubo de vacío.
En tal sentido, y como ya se ha apuntado con anterioridad, la sección de la entrada a la cámara interna (19) debe ser la misma que la sección de salida de la cámara externa (20) para que no se creen diferencias de presiones.
Volviendo nuevamente a la figura 3, se ha previsto que el bastidor (5) incorpore unas boquillas proyectores de agua a presión (12), que permitan el lavado automático de la
superficie de reflexión parabólica (1), ya sea de forma periódica y programada, o bien cuando se calcule que su rendimiento no es el que correspondería en función de los parámetros obtenidos por los medios de sensorización asociados al colector. Tal y como se ha dicho con anterioridad, el colector podrá auto-orientarse a partir de cualquier sistema de auto-orientación conocido, en función del cálculo del ángulo de incidencia del sol, estando asistido por una o más placas fotovoltaicas que aseguren su total autonomía. A mayor abundamiento, el colector también podrá inclinarse sobre uno de sus extremos para controlar el Azimut. Para ello, y como muestra la figura 6, uno de los bastidores extremos de soporte del dispositivo presenta una estructura de tipo tijera (5’-5’’), regulable mediante un tomillo sin fin (16) transversal, que rosca en sendas tuercas (17) asociadas a las articulaciones intermedias de la estructura de tijera, y que se controlará mediante un motor eléctrico (18) asociado a la electrónica de control del dispositivo.
De acuerdo con la figura 4, se ha previsto que la superficie de reflexión parabólica (1) incluya en su zona media una serie de sectores (13) que, siendo igualmente de naturaleza reflectante, actúen a modo de compuertas abatióles respecto de ejes (14), en contra de la tensión de un resorte, determinando así unos medios de seguridad pasiva ante fuertes rachas de viento (15).
Si bien no aparece representado en las figuras, sobre la zona del tubo de vacío (2) que no se ve afectada por la superficie de reflexión parabólica (1), es susceptible de ir dispuesta una lente de concentración, de tipo Fresnell, que sería solidaria a la estructura portante de la superficie de reflexión parabólica (1) en orden a no interferir nuca con ésta.