MX2013001634A - Panel receptor solar. - Google Patents

Abstract

Un panel receptor solar que comprende un colector que comprende un cuerpo de colector (18, 18') que tiene una pared del colector que rodea una cámara interna (11, 11'), al menos una abertura de acceso (21,21') que se comunica con la cámara interna (11, 11') con una forma sustancialmente esférica para conectar un tubo de fluido, y una pluralidad de boquillas de unión (16, 16') proporcionadas en la pared del colector que pueden conectarse a los respectivos tubos de absorción solar (14), estando ubicada al menos una de las boquillas de unión (16, 16') en un segmento esférico de la cámara interna (11, 11') que está transversalmente opuesto a dicha abertura de acceso (21, 21'), estando dispuestas la abertura de acceso (21, 21'), la cámara interna (11, 11') y las boquillas (16, 16') para permitir que un fluido térmico fluya a través de las mismas.

Description

PANEL RECEPTOR SOLAR CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al campo técnico de los paneles de absorción solar que comprenden colectores y, particularmente, se refiere a paneles de absorción solar que comprenden colectores usados para distribuir y reunir tubos de absorción solar de un panel receptor solar, normalmente un colector solar de sal fundida, aunque también puede aplicarse a paneles de absorción que usan otros fluidos de transmisión a alta temperatura.

ESTADO DE LA TÉCNICA Se ha usado un colector cilindrico de pared delgada con secciones transversales constantes y un colector de pared delgada con secciones transversales variables en paneles de absorción solar que reciben sal fundida, a los que están conectados tubos de absorción solar por medio de manguitos boquillas que se han mecanizado previamente y soldacjo posteriormente. En algunos casos, las boquillas se han extrudido directamente a partir del colector. Tales realizaciones se han desvelado en el documento US-6736134-B2 y su equivalente O 03/021159 A2, y en el documento US2009/250051 Al y su equivalente ES-2263394-B1 respectivamente .

Algunas de las construcciones de este tipo someten las zonas que unen el cuerpo de colector con los tubos de absorción solar a altos esfuerzos térmicos. Estos esfuerzos térmicos están provocados por rápidos cambios de temperatura en las sales fundidas que fluyen a través del colector debido al paso de nubes sobre el campo de helióstatos de una planta solar. Pueden atenuarse estos esfuerzos térmicos debidos a los bruscos cambios de temperatura colocando forros u otra protección térmica en las boquillas que unen los tubos de absorción solar, con el colector. Sin embargo, estas protecciones tienen geometrías que son complejas con respecto a la fabricación y son difíciles de ensamblar. Sin esta protección el tiempo de vida operativo de la planta es extremadamente corto.

Por otro lado, este colector requiere una sección transversal de paso mínima para distribuir uniformemente el flujo de sales u otro fluido de transmisión a través de todcjts los tubos de absorción solar conectados al colector, con la menor pérdida de presión posible. Sin embargo se conoce bien que el flujo de sal fundida o fluido de transmisión no es uniforme a lo largo del colector y que tal distribución de flujo variable dependerá de la disposición de las conexiones en el colector del tubo o tubos que lo alimentan y de los también debe absorber como un contenedor que aguanta ¡ a presión en estas partes que están alejadas de los tubos de alimentaci ón del colector, lo que implica que su cuerpo principal requiera grosores de pared más grandes de lo deseado, que a su vez de nuevo son perjudiciales para los esfuerzos térmicos según se derivan hacia las boquillas que unen el colector con los tubos. I En el diseño de colectores que tienen secciones transversales variables y paredes delgadas, la meta fes proporcionar un diseño de colector mejorado que sea adecuado para usarse en paneles receptores solares para sales fundidas o cualquier otro fluido de transmisión, soportando mas eficazmente los esfuerzos térmicos experimentados por las boquillas que unen el colector con los tubos de absorción solar .

Por tanto es un objeto principal de la presente diseño de colector para su uso en paneles receptores solares de sal fundida u otro fluido de transmisión, que permita usar el mismo concepto de una boquilla que une el colector y di tubo de absorción solar, para todos los tubos conectados al mismo incluyendo aquellas zonas tanto de flujo alto como de flujo bajo de sales u otros fluidos, del colector, logrando asi las ventajas resultantes con respecto a la fabricación |y costes .

DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención pretende cumplir con los objetos mencionados anteriormente por medio de un panel de absorción que comprende un colector.

El colector para el panel de absorción solar según invención comprende un cuerpo de colector que tiene una pared del colector que rodea una cámara interna, al menos una abertura de acceso que se comunica con la cámara interna pa::a conectar un tubo de fluido, y una pluralidad de boquillas de unión proporcionadas en la pared del colector que pueden conectarse a respectivos tubos de absorción solar, estando la abertura de acceso, la cámara interna y las boquillas dispuestas para permitir que un fluido térmico fluya a través de las mismas, caracterizado por que la cámara interna tiene una forma sustancialmentje esférica ; al menos una de las boquillas de unión están ubicadas en un segmento esférico de la cámara interna · que está transversalmente opuesto a dicha abertura de acceso.

La expresión "fluido térmico" tal como se usa en el presente documento incluye sales fundidas y otros fluidos de transmisión térmica que se conocen en la técnica.

Preferentemente, el cuerpo de colector del panel tambiérl tiene una forma sustancialmente esférica, puesto que típicamente los paneles solares están conectados en serie y, por lo tanto, generan presiones significativas sobre sus colectores para asegurar que el fluido fluye al caudal deseado. Estas presiones, que surgen de dicho hecho, y los tubos expuestos hacia el exterior, deben ser pequeñas para soportar las altas cargas térmicas recibidas y, por lo tanto, requieren grandes grosores de pared en el colector, lo que va contra las etapas térmicas transitorias provocadas por nubes, por ejemplo, gobernadas por la inercia diferencial térmica entre los tubos (delgados y con baja masa) y el colector (pesado y con mucha masa) . En este sentido, tanto la geometría esférica del colector como el tamaño tan pequeño como sea posible igual a o menor de 1,5 veces la suma de las secciones de los pasos internos de los tubos de absorción I solar que están conectados al colector, compatible con unja orificios en la pared del colector, por ejemplo mediante soldadura. Preferentemente, las boquillas de unión están distribuidas de manera uniforme en la pared del colector. Por otro lado, la al menos una abertura de acceso puede ser una boquilla de acceso formada mediante extrusión a partir de pared del colector o, alternativamente, una boquilla de acceso fijada en un orificio de acceso en la pared del colector .

Desde un punto de vista teórico, una esfera es la forma óptima para un recipiente que tiene que soportar presión interna ya que un contenedor con esta forma puede realizarse con una pared más delgada que los recipientes que tienen otras formas. Una forma esférica, por tanto, conduce ahorrar material, inspecciones y tiempo en el proceso de fabricación. Además, permite reducir sustancialmente ía °C, tal como alta resistencia mecánica, alta resistencia a esfuerzos originados por temperatura, resistencia adecuada a la corrosión a presión y alta temperatura frente a fluidos térmicos tales como sal fundida como por ejemplo sales de nitrato u otros fluidos de transmisión térmica, bajo coeficiente de expansión térmica de modo que puedan evitarse esfuerzos que se originan a partir de las deformaciones térmicas, o al menos minimizarse, soldabilidad, conformabilidad y que sea un material de uso* común. Las aleaciones de alto rendimiento basadas en Ni ( ' superaleaciones ' ) tal como INCONEL 625 o aleaciones similares son candidatos adecuados.

Las boquillas de unión pueden formarse, por ejemplo mediante extrusión a partir del material del cuerpo esférico o pueden ser elementos separados realizados por ejempl mediante prensado, extrusión o mecanizado, que se insertan ep orificios realizados en el cuerpo esférico.

Una función importante del colector es proporcionar una distribución uniforme de los flujos de fluido térmico a los tubos de absorción solar con las mínimas pérdidas de presión posibles. Para lograr esto, es ventajoso que la suma de las secciones de los pasos internos de los tubos de absorción solar sea al menos igual a la sección del paso interno del tubo de admisión que alimenta el fluido térmico al colector o, cuando se proporciona más de un tubo de admisión, a la suma de las secciones de los pasos internos de los tubos de admisión.

La sección transversal máxima del cuerpo de colector, que es el diámetro interno máximo de la esfera, debe ser sección transversal más pequeña posible que permita formar las boquillas de unión a partir del material del cuerpo de colector o, cuando sea pertinente, que permita encajar y soldar las boquillas de unión en el cuerpo de colector, pero debe ser al menos igual a 1,5 veces la suma de las secciones de los pasos internos de conectan al colector. distribución de flujo, gracias a la geometría es de las presiones dentro del colector y, por lo tanto, lia uniformidad del caudal a todos los tubos que conecta, con todas las ventajas que supone, lo que no sucede en un colector cilindrico en que la reducción de diámetro está limitada a obtener una distribución de flujo tan uniforme como sea posible entre todos los tubos de conexión, de manera que es incapaz de reducir adicionalmente su diámetro El colector esférico según esta invención proporciona una serie de ventajas frente a un colector cilindrico convencional que tiene secciones transversales constantes variables.

El colector esférico mejora la uniformidad de distribución del flujo de fluido térmico a' través de los tubos de absorción solar conectados al mismo, de modo que se reducen los esfuerzos térmicos generados con la aparición de cambios transitorios en las boquillas de unión que unen el colector con los tubos de absorción solar, de modo que los esfuerzos mecánicos debidos a la presión en las zonas correspondientes se reducen como consecuencia de la reducción de la sección transversal del paso, ya que se provoca mencs tensión con una carga de presión por lo demás igual. A su vez, esto implica ventajas relevantes adicionales tales corro la posibilidad de usar paredes de colector más delgadas paria I el cuerpo de colector que permiten que el colector soporte mejor los fuertes esfuerzos térmicos en las zonas en las que el colector se une al tubo de admisión o evacuación y a las boquillas de unión a las que se conectan los tubos de absorción solar, durante el paso¦ transitorio de nubes sobre el campo de helióstatos de la planta solar en la que se usa el colector.

Otra ventaja del colector de la presente invención es da como resultado gradientes de menos temperatura y por tanto un esfuerzo térmico menor en las zonas de las boquillas de unión provocado por los cambios de temperatura transitoria e: el fluido térmico producidos por el paso de nubes, de modo que aumenta sustancialmente el tiempo de vida operativo.

El panel receptor solar comprende un primer colector co† una entrada para un fluido térmico, un segundo colector coi¡i una salida para el fluido térmico, y una pluralidad de tubos de absorción solar conectados a dichos colectores, siendo al menos uno de los colectores, preferentemente ambos, un colector tal como se describió anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación en el presente documento, los aspectos de la invención se describirán basándose en los dibujos, en los que la figura 1 es una vista esquemática parcialmente én sección de un panel de absorción solar que pertenece a un receptor solar central dotado de colectores según una realización de la invención; la figura 2 es una vista lateral de un colector presente en el panel mostrado en la figura 1; la figura 3 es una vista en planta desde arriba del colector mostrado en la figura 2; la figura 4 es una vista en planta desde abajo de¡l colector mostrado en las figuras 2 y 3; la figura 5 muestra perspectivas desde arriba y desdje abajo de otra realización de un colector esférico que tienje una pluralidad de boquillas.

REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un panel de absorción solar -12 constituido por una pluralidad de tubos de absorción solar - 14- paralelos cuyos respectivos extremos están conectados a cuerpos principales esféricos huecos -18, 18 de los colectores -10, 10'- por medio de respectivas boquillas de unión -16, 16'-. Preferentemente, los extremos de los tubos -14- se unen a las boquillas de unión -16, 16 - mediante soldadura, y más preferentemente mediante soldadura a tope. En gran medida, la fiabilidad del colector -10, 10 está, condicionada por dichas soldaduras, para- lo que s,e prefiere soldadura automatizada.

Un flujo de admisión de sal fundida u otro fluido de transmisión entra al panel de absorción solar -12- a través de una primera abertura -21- por ejemplo una boquilla ce entrada del cuerpo esférico hueco -18- en la que el flujo se distribuye por medio de las boquillas -16- hacia los diversos tubos -14-. Los flujos asi divididos pasan a través de tubos I de absorción -14- hacia las boquillas -16'- del cuerpo esférico hueco -18'- de un segundo colector -10'- en que los flujos divididos se reúnen en un flujo de salida que abandona el segundo cuerpo esférico -10'- a través de la abertura 21'-, por ejemplo una boquilla dé salida. Los flujob divididos absorben energía térmica de la radiación solar -22 que proviene de un campo de helióstatos (no mostrado en los dibujos) reflejada en los tubos -14- de modo que la sal fundida u otro fluido de transmisión se calienta. Se proporciona una protección térmica -23- convencional per se para mejorar la eficacia térmica del panel de absorción solar -12--. La protección térmica -23- aisla el panel de adsorción -12- y el colector -10, 10'- excepto en la zona del lado de los tubos de absorción solar -14- que recibe la radiación solar reflejada -22-.

Las figuras 2, 3 y 4 muestran una realización preferida de un colector esférico -10, 10'- según esta invención, en que el cuerpo principal esférico -18, 18'- tiene una sección transversal variable. En esta realización, la abertura, es decir, la boquilla de entrada o salida -21, 21'- y/o boquillas de ¦ unión -16- preferentemente se extruyen directamente a partir del cuerpo principal -18, 18'-.

La figura 5 muestra una realización del colector ¡ esférico -10, 10'- en que la boquilla -21, 21'; 16, 16'- scjn elementos realizados por separado que se han insertado en orificios realizados previamente en el cuerpo principal esférico -18, 18-y soldados al mismo.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad ;.o contenido en- la siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un panel receptor solar (12) que comprende un primer colector (10) con una entrada para un fluido térmico, un segundo colector (10') con una salida para el fluido térmico, y una pluralidad de tubos de absorción solar (14) conectados a dichos colectores (10, 10'), caracterizado pdr que al menos uno de los colectores (10, 10') es un colector que comprende un cuerpo de colector (18, 18') que comprende: una pared del colector que rodea una cámaria ¡ interna (11, 11') con una forma sustancialmente esféricja con una sección transversal máxima que es igual a o menor de 1,5 veces la suma de las secciones de los pasos internos de los tubos de absorción solar (14) a conectar a' dichas boquillas de unión (16, 16'), - al menos una abertura de acceso (21, 21') que se comunica con la cámara interna (11, 11') para conectar un tubo de fluido, y una pluralidad de boquillas de unión (16, 16') proporcionadas en la pared del colector que pueden conectarse a los respectivos tubos de absorción solar (14), estando al menos una de las boquillas (16, 16 ubicadas en un segmento semi-esférico de la cámara interna (11, 11') que está transversalmente opuesto dicha abertura de acceso (21, 21'), estando dispuestas la abertura de acceso (21, 21'), la cámara interna (11, 11') y las boquillas (16, 16') para permitir que un fluido térmico fluya a través de las mismas

2.- Un panel receptor solar según la reivindicación 1, caracterizado por que el cuerpo de colector (18, 18 ) tiene una forma externa sustancialmente esférica.

3. - Un panel receptor solar según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que al menos algunas de las boquillas de unión (16, 16') se forman por extrusión a partir de la pared del colector,

4. - Un panel receptor solar según la reivindicac 1, 2 o 3, caracterizado por que al menos algunas de boquillas de unión (16, 16') son elementos independientes fijados en orificios en la pared del colector.

5. - Un panel receptor solar, según la reivindicación 4, caracterizado por que las boquillas de unión (16, 16') se fijan mediante soldadura.

6. - Un panel receptor solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la al menos una abertura de acceso (21, 21') es una boquilla de acceso formada por extrusión a partir de la pared del colector.

7. - Un panel receptor solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la al menos una abertura de acceso (21, 21') es una boquilla de acceso fijada en un orificio de acceso en la pared del colector.

8. - Un panel receptor solar según cualquiera de ljas reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que única abertura de acceso (21) y porque la secciones de los pasos internos de los tubos solar (14) es al menos igual a la sección del paso interno del tubo de fluido que va a conectarse a la abertura acceso (21, 21 ' ) .

9. - Un panel receptor solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que comprende al menos dos aberturas de acceso (21) y porque la suma de las secciones de los pasos internos de los tubos de absorción solar (14) es al menos igual a la suma de las secciones del paso interno del tubo de fluido que va a conectarse a }.a abertura de acceso (21, 21').

10. - Un panel receptor solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que las boquillas de unión (16, 16') están distribuidas de manera uniforme en la pared del colector.