ES2320402A1

ES2320402A1 - Colector de calor solar con concentrador directo por lente fresnel y proteccion por tubo de doble pared con vacio interior.

Info

Publication number: ES2320402A1
Application number: ES200801127A
Authority: ES
Inventors: Jorge Servert Del Rio; Julian Lopez Garrido; Francisco J. Sanchez Alejo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-05-21

Abstract

Colector de calor solar con concentrador directo por lente Fresnel y protección por tubo de doble pared con vacío interior. Se trata de un sistema formado por un colector de calor solar (1) para la producción de energía a partir de la radiación solar, consistente en una tubería de acero revestida de material absorbente de radiación solar, que está rodeada de sucesivos tubos de cristal de doble pared (2) en cuyo interior se ha producido el vacío, con juntas flexibles (6) en los extremos de los tubos para absorber sus dilataciones y garantizar la estanqueidad. Dispone de un concentrador directo formado por lentes Fresnel (8) en forma de placas longitudinales de generatriz circular, dotadas de un sistema de giro alrededor del colector para orientarse según el movimiento del sol (9). El conjunto está montado sobre una estructura (7) que lo soporta y permite el giro de las lentes.

Description

Colector de calor solar con concentrador directo por lente Fresnel y protección por tubo de doble pared con vacío interior.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un colector de calor solar que es calentado por los haces de luz que pasan por un concentrador directo de gran apertura basado en una lente fresnel, que está dotada de un mecanismo de seguimiento solar. Para evitar pérdidas térmicas, el colector está protegido por una camisa transparente consistente en un tubo de doble pared en el que se ha realizado el vacío en su interior. Se trata de una invención que pertenece, dentro del área de la termotecnia, al campo de la producción de energía a partir de la radiación solar.

Antecedentes de la invención

El aprovechamiento de la energía solar como fuente de energía es realizada por el hombre desde la antigüedad. El sol emite una ingente cantidad de energía, una parte de la cual llega a la Tierra en forma de luz y calor. Desde mediados del siglo XX se vienen realizando investigaciones para intentar transformar esa energía en electricidad: así se han desarrollado placas fotovoltaicas que producen directamente electricidad cuando su superficie es convenientemente activada por la luz, y distintos tipos de colectores de calor que concentrando haces de luz sobre una tubería que contiene un fluido logran alcanzar temperaturas suficientes como para producir grandes cantidades de vapor de agua que genera electricidad a través de una turbina, normalmente en un ciclo de Rankine. Es sobre este último tipo de instalación sobre la que versa la presente invención.

Dada la baja potencia específica por unidad de superficie de la radiación solar, para aprovechar esta energía de manera adecuada es necesario concentrar un gran número de haces de luz sobre un mismo punto, lo que tradicionalmente se realiza por medio de espejos orientados sobre un depósito o sobre una tubería a modo de colector. En este caso la radiación es por concentración indirecta, ya que para alcanzar su objetivo los rayos han de rebotar previamente en el espejo.

Recientemente se han empezado a utilizar concentradores directos planos basados en lentes tipo fresnel. Esta lente lo que hace es desviar los haces de luz contra un punto o una línea, consiguiendo un efecto idéntico al de los
espejos.

Por otra parte, los colectores solares se suelen fabricar de acero revestido de un material absorbente de radiación, y para reducir las pérdidas térmicas se rodea de un tubo, normalmente de cristal, en el que en ocasiones se practica el vacío.

El estado de la técnica cuenta con distintos sistemas patentados internacionalmente encaminados a optimizar la concentración y aprovechamiento de energía solar en colectores de calor para la producción de energía eléctrica, así como accesorios y complementos que vienen reflejados en distintos epígrafes de la Clasificación Internacional de Patentes.

Existen numerosas referencias de colectores solares térmicos, recogidos principalmente en el epígrafe F24J2 (Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar). Así, el título F24J 2/04 hace referencia a colectores de calor solar con el fluido energético circulando a través del colector, el F24J 2/05 a colectores rodeados de una envolvente transparente, el F24J 2/06 recoge colectores con elementos de concentración, el F24J 2/08 los que tienen lentes como elementos de concentración, y el F24J 2/38 los que comportan dispositivos de seguimiento.

En ninguna de estas fuentes consultadas ha aparecido ningún colector de calor solar como el que se describe a continuación ni ninguna solución para facilitar de forma efectiva los problemas descritos.

La patente ES 2155798, "Sistema de aplicación de lentes de fresnel, concentradoras de radiación solar, para la producción de vapor de agua" plantea la utilización de lentes fresnel planas y fijas sobre un bastidor para concentrar la radiación solar sobre un conjunto de tuberías para obtener vapor de agua. Al no estar dotada de seguidor solar, el aprovechamiento energético de la instalación se ve bastante reducido, al igual que por el hecho de que las tuberías no se encuentren aisladas, lo que provoca pérdidas térmicas y altas temperaturas sobre la propia lente, lo cual puede degradarla u obligar a estar fabricada en un material más resistente y caro.

Existen diversas patentes que plantean soluciones a colectores de calor solar para múltiples aplicaciones, tanto domésticas como para aplicación en centrales industriales de producción energética.

Otras patentes tienen por objeto tuberías de doble pared con aplicaciones diversas, estando recogidos principalmente en el epígrafe F16L9/133, así como juntas o empalmes para dichos tubos, que tienen como epígrafe específico el F16L37/00. De esta forma podemos presuponer que ciertas partes o componentes de la presente invención se encuentren en el mercado, pero no se ha detectado una configuración completa similar y con los mismos usos en el campo descrito.

El análisis exhaustivo del estado de la técnica, la vinculación a grupos europeos de I+D+i en áreas de producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar, así como una importante actividad ingenieril y comercial en este campo, ha facilitado la comprensión de la idoneidad de la utilización de la lente fresnel en forma de placa longitudinal de generatriz circular como concentrador directo de la luz del sol, y de la rentabilidad del tubo de doble pared con vacío interior como elemento aislante, así como la implementación de ambas innovaciones en una instalación versátil.

La invención que se describe a continuación, aunque simple en apariencia, se ha desarrollado tras numerosos estudios y pruebas, y tras la comprensión de las posibilidades de optimización de diversas soluciones previamente planteadas por ellos mismos y por otros equipos de investigación.

El objetivo general pretendido con la presente invención es el desarrollo de un dispositivo barato en su instalación, que minimice las necesidades y gastos de mantenimiento, que aproveche al máximo la radiación solar y que resulte rápido y fácil de instalar en cualquier ubicación.

Descripción de la invención

La invención que se propone para satisfacer los objetivos planteados consiste en un dispositivo formado por un colector o tubo de conducción del fluido térmico, adecuadamente tratado para absorber la radiación solar, y que está rodeado por un tubo de doble pared a modo de camisa protectora. Entre las dos paredes del tubo se ha practicado el vacío para minimizar las pérdidas térmicas. Para absorber las dilataciones de los tubos de doble pared, así como para asegurar la estanqueidad, éstos tienen en sus extremos juntas flexibles.

El sistema dispone de una lente fresnel que actúa de concentrador directo. Está construida en forma de placa longitudinal de generatriz circular, y se encuentra montada sobre un sistema móvil que gira concéntrico al colector, a modo de seguidor solar, que permite optimizar el aprovechamiento energético.

Todo el conjunto está sujeto por una estructura repartida a lo largo del colector, que soporta tanto el propio colector, como el tubo de doble capa, además de permitir el giro de la lente fresnel.

De manera adicional, el tubo de doble pared puede sustituirse por dos tubos simples, montados de forma concéntrica, entre los que se practique igualmente el vacío.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una configuración general del sistema, consistente en un colector (1) rodeado longitudinalmente de un tubo de doble pared (2), una lente fresnel longitudinal de generatriz circular (8) y una estructura (7) en forma de arco que da soporte al conjunto.

Figura 2.- Muestra un detalle de una sección del colector de calor (1) con la unión de dos tubos de doble pared (2) mediante una junta flexible (6). Entre la cara exterior del tubo (3) y la interior (5) se ha realizado el vacío (4).

Figura 3.- Muestra en esquema el giro de la lente fresnel (8) alrededor del colector (1) y del tubo de doble pared (2) según va girando el sol (9).

Realización preferente de la invención

A la vista de estas figuras puede observarse cómo una configuración tipo cuenta con un colector de calor solar (1) consistente en una tubería de acero revestida de material absorbente de radiación solar se encuentra rodeado de sucesivos tubos de cristal de doble pared (2) en cuyo interior se ha producido el vacío, con juntas flexibles (6) en los extremos de los tubos para absorber sus dilataciones.

Antes de llegar al colector atravesando el tubo de doble pared, los rayos solares habrán sido orientados a través de una lente fresnel (8) que hace las veces de concentrador directo. Esta lente es una placa longitudinal de generatriz circular dotada de un sistema de giro alrededor del colector de modo que puede orientarse para seguir el movimiento del sol (9) y así optimizar el aprovechamiento energético.

Todo el conjunto está montado sobre unos arcos (7) estructurales que soportan el conjunto y permiten el giro de las lentes a su alrededor.

Claims

1. Colector de calor solar con concentrador directo por lente fresnel y protección por tubo de doble pared con vacío interior, caracterizado por el uso de un concentrador solar formado por una lente fresnel longitudinal de generatriz circular (8) montada sobre un sistema móvil (7) de seguimiento solar que le permite en todo momento concentrar la energía del sol sobre un colector (1) dispuesto en el interior de uno o dos tubos de pared simple y concéntricos, entre los que se haya practicado el vacío, o preferentemente en el interior de un tubo de doble pared (2), entre cuyas paredes se ha practicado igualmente el vacío.

2. Colector de calor solar con concentrador directo por lente fresnel y protección por tubo de doble pared con vacío interior como el descrito en las reivindicación 1, caracterizado además porque entre los tubos de doble pared (2) se encuentran juntas flexibles (6) que absorben las dilataciones y garantizan la estanqueidad del conjunto.