ES2330143T3 - Sistema de campo de colectores solares hiperbolicos. - Google Patents
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Abstract
Un sistema (B) de campo de colectores solares hiperbólicos, que comprende reflectores (20) hiperbólicos en los que los haces de luz que proceden del sol paralelos y los ángulos de incidencia de la luz de los mismos cambian a lo largo del día se concentran sobre el eje focal situado en la parte inferior del mismo y tubos (21) receptores térmicos que se extienden a lo largo de dicho eje focal y están en una posición fija, la parte inferior de dichos reflectores (20) hiperbólicos es de sección circular de manera tal que rodea los tubos (21) receptores térmicos parcialmente, y a continuación, sus brazos que se extienden hacia dos lados; dicho sistema se caracteriza porque dichos brazos tienen forma de hipérbola; comprende al menos una junta (22) rotatoria que se usa para permitir que los reflectores (20) roten alrededor del eje central de los tubos (21) receptores térmicos y se conecten a la parte inferior de los reflectores (20) y al suelo, y los soportes (23, 23'') laterales que están en una posición fijada al suelo sobre ambos lados del reflector (20); las aberturas de los reflectores (20) hiperbólicos y las alturas de los soportes (23, 23'') laterales son tales que recogen los haces de luz procedentes de una parte tercera de la ruta que sigue el sol, y los reflectores (20) pueden dirigirse hacia el sol en tres posiciones diferentes, de manera tal que pueden orientarse hacia la dirección este, hacia el punto cenital de la ruta elíptica que sigue el sol y hacia la dirección oeste; y los reflectores (20) hiperbólicos tienen una estructura que es capaz de concentrar los haces de luz procedentes de un sector angular que constituye una tercera parte de la ruta que sigue el sol, sobre los tubos receptores térmicos que están situados en la parte inferior de los mismos.
Description
Sistema de campo de colectores solares
hiperbólicos.
La presente invención se refiere a colectores
solares en forma de bandeja hiperbólica que concentra la luz solar
sobre un foco y la convierte en otras formas de energía tales como
calor y electricidad.
Actualmente, los colectores solares (sistema de
campo de colectores solares) se usan para recoger la energía solar
con el fin de obtener de la misma electricidad y calor. Estos
sistemas comprenden reflectores parabólicos largos en forma de
bandeja, tubos receptores térmicos situados en el foco de los
reflectores, y tubos receptores térmicos situados en el foco que
recogen haces de luz procedentes del reflector y en los que existe
un fluido, y un mecanismo rotatorio que dirige los reflectores
hacia la posición en la que está el sol. Llegando los haces de luz
a los reflectores que están orientados hacia el sol que se reflejan
y son recogidos sobre el tubo receptor térmico que está situado en
el foco del reflector. El tubo receptor térmico está dotado con dos
tubos encajados en los que está ubicado un regulador de vacío en el
espacio entre los mismos. Un fluido pasa a través del tubo interior
que facilita la transferencia de calor. Concentrando los haces de
luz procedentes de los reflectores sobre el tubo receptor térmico,
este tubo alcanza temperaturas muy altas; por consiguiente, se
puede calentar el fluido ubicado en el tubo interior. Con este
fluido que alcanza altas temperaturas, la energía térmica se puede
convertir en energía eléctrica cuando se desea. Sin embargo,
factores tales como los tubos receptores térmicos usados en estos
sistemas que son de muchos metros, dichos tubos receptores térmicos
que siguen el sol junto con los reflectores, las partes exteriores
de los mismos hechos de vidrio que incrementa su posibilidad de
rotura durante su operación. Además, las fuerzas dinámicas y
estáticas generadas por el viento pueden hacer que tanto los
reflectores como los tubos se rompan. Con el fín de reducir la
rotura de los reflectores parabólicos, se forma una estructura
reticulada que protege los reflectores en sus lados convexos. Sin
embargo, esta estructura reduce solamente la frecuencia de las
rupturas y no es una solución perfecta de las roturas. Las
vibraciones generadas como consecuencia del movimiento producido por
el sistema que dirige los colectores hacia el sol también pueden
producir la rotura de los tubos de vidrio. Los sistemas de campo de
colectores solares construidos en California (EE. UU.) por LUZ
pueden mencionarse como ejemplo de estos sistemas. Porque en el
sistemas de LUZ, los reflectores parabólicos que son de muchos
metros de longitud y los tubos receptores térmicos que están
situados en su foco son rotados conjuntamente. El problema más
fundamental de este sistema es que los tubos receptores térmicos
que están hechos de un material frágil son móviles, están sometidos
a más carga de par torsor y las mangueras flexibles que se usan en
las conexiones de los puntos de comienzo y terminación de los
reflectores parabólicos son tubos fijos. Los tubos receptores
térmicos que están sometidos a las cargas de par torsor tienen una
mayor probabilidad de rotura. Por otra parte, es evidente que la
conexión de mangueras flexibles no es un sistema seguro ya que la
temperatura del fluido que es transferida dentro de los tubos
receptores térmicos está a 300-500ºC. Además, se ha
obtenido de las observaciones de campo que la estructura reticular,
aunque soporta los espejos parabólicos, también es débil contra la
torsión y las cargas del momento que actúan debido a la unidad
motriz del sistema y al viento. A causa de estas cargas, los
reflectores parabólicos se rompen frecuentemente, dando lugar así al
incremento de los costes de operación.
Debido a los problemas encontrados en el sistema
de LUZ antes mencionado, se inicia un denominado proyecto
EUROCOLECTOR apoyado por la Unión Europea. En el ámbito de este
proyecto, la parte inferior de los reflectores parabólicos se apoya
en una estructura reticulada que puede resistir más contra cargas de
torsión cargas de momento, y hay tubos móviles flexibles unidos a
la junta rotatoria de los puntos de conexión de los tubos
receptores térmicos con los tubos fijos. Aunque el sistema
reticulado que se desarrolló con EUROCOLECTOR es más seguro que el
sistema de LUZ, podría no eliminar estrictamente el problema de la
rotura de los reflectores parabólicos y de los tubos receptores
térmicos. De las observaciones de campo se ha entendido que la
probabilidad de rotura de los tubos receptores térmicos decrece
solamente en algún grado ya que también son móviles en este
sistema, de las observaciones de campo se ha revelado que el fluido
caliente se fuga frecuentemente por estas conexiones de los tubos
receptores térmicos que comprenden puntos de conexión con junta
rotatoria.
Otro problema observado de LUZ y EUROCOLECTOR es
que los pistones hidráulicos de ambos sistemas no se pueden mover
con la necesaria precisión para seguir el sol. Efectuar un control
rápido y preciso con las unidades de pistón hidráulico es muy
difícil y genera un problema de ajuste y plantea operaciones
simultáneas de unidades de pistón múltiples que se usan en
reflectores parabólicos múltiples. Además, en ambos sistemas,
mientras se sigue el sol, los continuos desplazamientos del centro
de gravedad dan lugar a un mayor consumo de energía para hacer
funcionar estos sistemas.
Se puede encontrar un ejemplo de sistema de
campo de colectores solares en la solicitud de patente publicada FR
2256418A1 que revela un sistema que comprende reflectores, en los
que los haces procedentes del sol se concentran en el eje focal
situado en la parte inferior de los mismos y los tubos receptores
térmicos que se extienden a través de dichos ejes focales están en
una posición fija; la parte inferior de dicho receptor es de
sección circular de manera tal que rodea parcialmente los tubos
receptores térmicos y sobre la continuación, sus brazos se
extienden hacia dos lados.
Otro diseño de reflector lineal se revela en el
documento WO0142722 que revela un aparato para concentrar radiación
electromagnética sobre un cuerpo capaz de absorber dicha radiación
incluye un reflector de radiación para reflejar radiación que
incide sobre el reflector de radiación y concentrar radiación que
incide en el reflector de radiación y concentrar dicha radiación
sobre el cuerpo, en el que al menos una parte del reflector de
radiación es en forma de una envolvente del cuerpo.
Otro ejemplo de concentrador solar de
reflectores múltiples se revela en el documento US2003/037814A1 que
está relacionado con a una disposición de elementos ópticos para la
captación de luz
Con la invención, los sistemas de campo de
colectores solares de reflectores hiperbólicos se explican como
alternativa a los sistemas de campo de colectores solares con
reflectores parabólicos de la invención de sistemas de campo
colectores solares con reflector hiperbólico en los que la energía
solar se usa manteniendo los reflectores fijos en tres posiciones
diferentes en las direcciones este, del eje acimutal y oeste.
En la presente invención, se usan colectores
solares con reflector hiperbólico que rotan alrededor de un tubo
receptor térmico. Los reflectores hiperbólicos concentran los haces
de luz procedentes del sol dentro de un sector angular de 60
grados sobre un tubo receptor térmico situado en el foco de una
hipérbola, que está situada en el punto inferior de los mismos. Por
consiguiente, se elimina la necesidad de dirigir todos los
reflectores hiperbólicos, que son muchos metros de longitud, con la
misma precisión hacia el sol. Además, usando unidades motrices
múltiples con menor capacidad en vez de una sola unidad motriz con
suficiente capacidad para hacer rotar todos los reflectores del
sistema, se previene el paro de la totalidad del sistema aún cuando
algunos de los motores fallen. Además, con el fin de reducir gastos
de mantenimiento y sustitución que se presenten en caso de rotura
de los reflectores y, lo que es más importante, para reducir
significativamente el coste de fabricación, es aconsejable usar
reflectores hiperbólicos de piezas múltiples en vez de reflectores
hiperbólicas de una sola pieza. Gracias a la estructura hiperbólica
de piezas múltiples, el sistema puede continuar funcionando sin
sufrir demasiada pérdida de eficacia aún cuando se rompan algunas
partes de reflector.
Además de estos cambios, con algunos otros
hechos al tubo receptor térmico del sistema de colectores como
alternativa, se asegura el incremento de eficacia. Los desarrollos
hechos a este respecto se refieren al uso de aletas de
transferencia térmica dentro de los tubos receptores térmicos. Por
otra parte, se obtiene una ventaja de mantener fijos los tubos
receptores térmicos en la generación directa de vapor. Durante la
generación directa de vapor en los tubos receptores térmicos se
encuentran algunas dificultades con la conexión por manguera
flexible o conexión por junta rotatoria de uso en la técnica
anterior, y la generación de fugas de vapor al ambiente exterior de
dichos puntos de conexión.
Un objetivo de la invención es formar un sistema
de campo de colectores solares hiperbólicos en los que los haces
procedentes del sol paralelos y angulados que cambian a una
velocidad fija de 15 grados por hora durante todo el día se
concentran en el eje focal en la parte inferior del reflector
hiperbólico que puede rotar alrededor de este eje focal, y que
también comprenden tubos receptores térmicos que están en una
posición fija y se extienden por la totalidad de dicho eje
focal.
Otro objetivo de la invención es construir un
sistema de colectores solares hiperbólicos que estén dirigidos
hacia el sol deteniéndose solamente en tres posiciones que usen
reflectores hiperbólicos en vez de formar un reflector que se mueva
continuamente. De esta manera, se elimina la necesidad de asegurar
que el movimiento del reflector sea rápido y preciso en ese momento
gracias a la característica del reflector de recogida de haces
dentro de un intervalo angular de 60 grados.
Otro objetivo también de la invención es reducir
las gastos de mantenimiento y sustitución que surjan, en caso de
rotura de los reflectores usados como una sola pieza, y asegurar el
uso de reflectores hiperbólicos de piezas múltiples en vez de los
de una sola pieza con el fin de prevenir que el sistema sufra
demasiada pérdida de eficacia aún cuando se rompan algunas partes
de reflector.
Otro objetivo de la invención es proveer un
incremento de eficacia usando aletas térmicas en los tubos
receptores térmicos.
Asimismo, otro objetivo de la invención es
asegurar que los reflectores se ubiquen usando motores de menor
capacidad en vez de una sola unidad motriz que tenga capacidad
suficiente para rotar todos los reflectores, y que la totalidad del
sistema de reflectores continúe funcionando aún cuando algunos de
los motores fallen.
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El sistema de campo de colectores solares
hiperbólicos se muestra en los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista lateral del objeto de
la invención del sistema de campo de colectores solares con
reflector hiperbólico de la invención.
La figura 2 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólico orientado hacia la dirección este.
La figura 3 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólico que es paralela al eje acimutal.
La figura 4 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólico orientada hacia la dirección oeste.
La figura 5 es una vista lateral de piezas
múltiples del reflector hiperbólico del sistema de campo de
colectores solares con reflector hiperbólico.
La figura 6 es una vista lateral del sistema de
campo de colectores solares con reflector hiperbólico junto con las
unidades motrices y de soporte.
La figura 7 es una vista frontal del sistema de
campo de colectores solares con reflector hiperbólico de doble
etapa junto con mecanismos de bloqueo.
La figura 8 es una vista lateral del sistema de
campo de colectores solares con reflector hiperbólico de doble
etapa.
La figura 9 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólico de doble etapa orientada hacia la
dirección este.
La figura 10 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólica de doble etapa que es paralela al eje
acimutal.
La figura 11 es una vista lateral de la posición
del reflector hiperbólico de doble etapa orientado hacia la
dirección oeste.
La figura 12 es una vista lateral de las piezas
múltiples del reflector hiperbólica del sistema de campo de
colectores solares de doble etapa.
La figura 13 es una vista lateral del sistema de
campo de colectores solares de doble etapa junto con las unidades
motrices y del soporte.
La figura 14 es una vista frontal del sistema de
campo de colectores solares con reflectores hiperbólicos de doble
etapa junto con los mecanismos de bloqueo.
En las figuras, las partes están numeradas una
por una y los términos correspondientes a estos números se dan a
continuación.
Sistema de campo de colectores solares
hiperbólicos (B)
Sistema de campo de colectores solares
hiperbólicos (H)
Reflector hiperbólico (20)
Reflector hiperbólico (20m)
Forma de hipérbola (20m', 20m'')
Tubo receptor térmico (21)
Junta rotatoria (22)
Soportes laterales (23, 23')
Pistones (24, 24')
Bloqueos acimutales (25a, 25a')
Bloqueo este (25d)
Bloqueo oeste (25b)
Estays (26, 26')
Poleas (27, 27')
Conexiones de reflector (28)
Anillo de soporte (29)
Material de relleno ligero (30)
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La figura 1 presenta una vista lateral del
objeto de la invención, un sistema (B) de campo de colectores
solares hiperbólicos. Dicho sistema (B) de campo de colectores
solares hiperbólicos comprende reflectores (20) hiperbólicos en los
que los haces procedentes del sol son paralelos y el ángulo de
incidencia de los mismos cambia a una velocidad fija de 15 grados
por hora durante todo el día y se concentran en el eje focal
situado en la parte inferior de los reflectores, tubos (21)
receptores térmicos que se extienden a lo largo de la totalidad de
dicho eje focal en una posición fija, y soportes (23, 23') laterales
que están en una posición fija al suelo sobre ambos lados del
reflector (20). Los reflectores están conectados al suelo de al
menos un punto de una junta (22) rotatoria de manera tal que dichos
reflectores (20) pueden rotar alrededor del eje central de los
tubos (21) receptores térmicos. La parte inferior de dicho reflector
(20) hiperbólico ha sido formada como en sección circular de manera
tal que rodea los tubos (21) receptores térmicos en cierta
extensión; a sus brazos que se extienden hacia dos lados se les dio
forma de hipérbola. De esta manera, los haces de luz procedentes
del sol paralelos y a grados de inclinación variables se reflejan en
la superficie interior del reflector (20) hiperbólico y se
concentran en los tubos 21 receptores térmicos, y la concentración
de la luz entrante sobre los tubos (21) se incremente, asegurándose
así la operación más eficaz del sistema (B) de campo de colectores
solares hiperbólicos.
El reflector (20) hiperbólico que contiene dicho
sistema (B) tiene una estructura que es capaz de concentrar los
haces de luz procedentes de un intervalo de aproximadamente 60
grados desde el sol sobre los tubos receptores térmicos que están
localizados en la parte inferior de los reflectores. Por medio de
dicho sistema (B), no se genera concentración de luz alguna de tipo
reflectante.
Dado que dicho reflector (20) está conectado al
suelo desde su parte inferior con las juntas (22) rotatorias, el
reflector puede ser dirigido hacia el sol rotándolo con el uso de
cualquier mecanismo motriz asociado con estas juntas (22) y/o
reflectores (20). Considerando que hay una ruta de movimiento del
sol de aproximadamente 180 grados entre la salida y la puesta del
sol, el reflector (20) hiperbólico permanece en una posición fija,
como se muestra la figura 2, sobre el soporte (23') lateral en la
dirección este hasta alcanzar el ángulo cenital de aproximadamente
60 grados después del orto solar. Mientras que el sol prosigue su
recorrido hacia el punto cenital de la ruta elíptica que sigue
después de haber alcanzado dicho ángulo cenital de aproximadamente
60 grados, el reflector (20) hiperbólico es rotado y llevado a una
posición en la que es paralelo al eje acimutal -el eje que combina
el plano terrestre y el punto acimutal, también conocido como punto
cenital, y es perpendicular al plano terrestre. Debido a la
característica de dicho reflector (20) de captación de haces solares
dentro de un sector 60 grados, el movimiento del reflector no tiene
que ser rápido ni preciso en ese tiempo ya que hay un intervalo de
tiempo suficientemente largo para alcanzar la posición paralela al
eje acimutal. Esta posición se muestra en la figura 3. Para
mantener el reflector (20) hiperbólico en esta posición, se pueden
usar diferentes mecanismos de bloqueo (figura 7). Después de que el
ángulo cenital haya barrido aproximadamente 120 grados, el
reflector (20) hiperbólico se rotado de nuevo hasta la dirección
oeste y en este momento se pasa a una posición fija sobre el
soporte (23) lateral en la dirección oeste. Una vez que el sol haya
completado el ángulo cenital de aproximadamente 120 grados, el
reflector (20) hiperbólico se mantiene en la dirección oeste,
también mostrada en le figura 4, durante el tiempo hasta el punto
del ocaso. Después del ocaso, el reflector (20) hiperbólico se
lleva otra vez a su posición inicial rotándolo de nuevo hasta
dirección este -hay un tiempo tan largo como toda la noche para
esta operación- y ubicarlo sobre el soporte (23') lateral en la
dirección este. En casos en las regiones geográficas en la que se
usen dicho sistema (B) sean diferentes, por ejemplo, en casos en
los que estos sistemas (B) estén situados bajo o sobre el nivel del
mar, o rodeado por alturas; el movimiento angular del sol sobre la
tierra todo el día puede ser relativamente diferente. Dicho de otro
modo, el sol puede barrer más o menos ángulo que la ruta de
movimiento de 180 grados, mencionado anteriormente. En estos casos,
las alturas de los soportes (23, 23') laterales también son
diferentes de acuerdo con las características de las geografías en
las que se usan dichos sistemas (B). En dichos casos, las aberturas
de los reflectores (20) hiperbólicos y las alturas de los soportes
(23, 23') laterales se pueden ajustar de manera tal que dividan la
ruta que sigue el sol en tres partes iguales. Por ejemplo,
considerando la ruta de movimiento del sol de 180 grados y que el
sol sale de un nivel 0 grados y se pone en un nivel de 180 grados,
como se mencionó anteriormente, la apertura de los reflectores (20)
se puede ajustar de manera tal que capte los haces procedentes de
un sector de 60 grados y las alturas de los soportes (23, 23')
laterales pueden ajustarse de manera tal que los reflectores puedan
ajustarse de manera tal que dirijan los reflectores (20) hasta un
eje de 30 grados desde la horizontal cuando los reflectores (20)
estén asentados sobre los mismos.
Dado que los reflectores (20) del sistema (B) de
campo de colectores solares hiperbólicos captan la luz solar e un
sector de aproximadamente 60 grados y por lo tanto se sitúan
solamente en tres posiciones, es limitada la necesidad de que los
reflectores (20) se muevan sincrónicamente entre sí durante el
cambio de posición. Por lo tanto no es necesario el seguimiento
preciso y continuo del sol, y no hay necesidad de unidades
electrónicas complejas ni de programas para este seguimiento. Esta
consideración crítica no solamente reduce sustancialmente el coste
de diseño, fabricación y mantenimiento sino que también simplifica
igualmente la operación.
Por otra parte, la actividad de seguimiento del
sol con movimiento continuo y preciso a través de dicho sistema (B)
reduce los costes de producción, mantenimiento y reparación del
sistema (B), los reflectores multipiezas también pueden usarse para
reducir los costes que surjan de la fabricación del reflector
hiperbólico de una sola pieza. La figura 5 muestra una vista
lateral del reflector hiperbólico del sistema (B) de campo de
colectores solares hiperbólicos. Por medio de la invención, en vez
de los de una sola pieza, también se pueden usar, alternativamente,
reflectores hiperbólicos multipiezas. Por medio de esta estructura
multipiezas, aún cuando se rompan algunas partes de reflector, es
fácil cambiarlas. Además, la rotura de reflectores de una sola pieza
debido a los efectos externos puede dañar la parte sustancial de
los reflectores. Por medio de la estructura multipiezas, solamente
se rompen los reflectores que permanecen bajo el efecto, y la
posibilidad de daño a toda la hipérbola decrece. Además, los costes
de mantenimiento y sustitución que puedan surgir cuando se rompen
reflectores hiperbólicos, decrecen aún cuando algunas partes de
reflector se rompan, el sistema puede continuar funcionando sin
sufrir demasiada pérdida de eficacia. En los reflectores
hiperbólicos multipiezas, la anchura del borde de los que cerca del
centro de la hipérbola es estrecha y la anchura de estas partes de
reflector se incremente hacia los lados de la hipérbola. Así, las
superficies de los reflectores hiperbólicos multipiezas orientadas
hacia los tubos colectores térmicos se pueden producir de dos
maneras diferentes. La primera alternativa es hacer estas
superficies planas. Los reflectores que están situados sobre las
superficies cóncavas de este colector solar se sitúan sobre este
colector da manera tal que pueden reflejar la luz que reciben sobre
sus superficies planas hacia el tubo receptor térmico. La segunda
alternativa es que dichas superficies de estos reflectores
multipiezas se hagan disponiendo las secciones longitudinales de un
solo reflector hiperbólico juntas. Cuando dichos reflectores
seccionados hiperbólicos se sitúan de nuevo longitudinalmente y
colateralmente sobre la superficie cóncava de un colector solar
hiperbólico, se produce un sistema de reflectores hiperbólicos
multipiezas, en el que el punto focal de de cada uno está en el tubo
receptor térmico. En dicho sistema (B), si las partes del reflector
de superficie plana se usan como la primera alternativa, cada panel
plano sería estrecho en anchura y, por lo tanto, el número de
paneles usados serían demasiados para hacer posible una mejor
concentración. Si se usan los reflectores multipiezas hechos de
secciones hiperbólicas propuestos en la segunda alternativa, es
posible usar menos partes de reflector ya que la anchura de cada
reflector es más ancha que los de superficie plana. Ya que ambas
alternativas tienen sus propias ventajas, se puede hacer una
selección entre estas dos alternativas de acuerdo con la capacidad
de producción. Debido a sus superficies planas, la fabricación de
las partes de reflector mencionadas en la primera alternativa es más
fácil que la fabricación de las partes del reflector seccionado
hiperbólica. Además, aunque la fabricación de los relectores
seccionados hiperbólicos es más difícil, concentran mejor la luz
solar.
La figura 6 presenta una vista lateral de dicho
sistema (B) de campo de colectores solares hiperbólicos junto con
las unidades motriz y de soporte. Con el fin de rotar los
reflectores (20) hiperbólicos alrededor de un pivote, pueden usarse
diferentes mecanismos motrices. Estos mecanismos pueden ser en forma
de unidades desmultiplicadoras de motor o dispositivos de
transmisión por cadena o de polea de correa que se unen a estas
unidades y además en forma de brazos de control. Estos mecanismos
(no mostrados en las figuras) pueden unirse a las juntas (22)
rotatorias o al reflector (20) hiperbólico. Por medio de estos
mecanismos, los reflectores (20) hiperbólicos puedes ser rotados
alrededor del eje focal. Por la invención, es preferente ubicar los
reflectores usando motores múltiples de menos capacidad. De esta
manera, usando motores múltiples en vez de un solo motor con
capacidad suficiente para rotar todos los reflectores, se tiene
como objetivo que la totalidad del sistema de reflectores continúe
funcionando aún cuando fallen algunos de los motores.
Otro ejemplo de mecanismo motriz pueden ser
pistones (24, 24') hidráulicos o neumáticos como los mostrados en
la figura 6. Es posible ubicar los reflectores (20) en la dirección
este - oeste con ayuda de los pistones (24, 24') de los que los
extremos están conectados a los lasos de los reflectores (20)
hiperbólicos y los otros extremos están conectados a un punto fijo.
O los reflectores (20) pueden ubicarse con ayuda de los estays (26,
26') de los que los extremos de uno se conectan a los lados de los
reflectores (20) y los otros extremos se conectan cada uno a una
polea (27, 27'). Durante el uso de los estays (26, 26') como sistema
motriz. La longitud de estos cables (26, 26') se puede ajustar de
acuerdo con la rotación de las poleas rotadas por unidades motrices
individuales.
En dicho sistema (B) de campo de colectores
solares hiperbólicos, los mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de
bloqueo pueden usarse también para proteger los reflectores (20)
hiperbólicos de las cargas de viento y reducir la cantidad de
oscilación cuando están fijos en una posición. Debido a estos
mecanismos que están ubicados sobre las partes de inicio y
terminación de los reflectores (20) hiperbólicos, cuando los
reflectores se pasan a la posición fija al este del eje acimutal y
en direcciones oeste, los brazos de los mecanismos de bloqueo se
mueven en la dirección norte-sur los soportes de
reflector (20) a sus posiciones fijas. Cuando los reflectores (20)
se pasan a la posición este, se mantienen fijos entre los soportes
(23') laterales y los bloqueo (25d) este. Cuando los reflectores
(20) se pasan a la posición paralela al eje acimutal, se mantienen
fijos entre los bloqueos (25a, 25a') acimutales. Cando los
reflectores (20) se pasan a la posición oeste, se mantienen fijos
entre los soportes (23) laterales y los bloqueo (25b) oeste. La
figura 7 presenta una vista frontal de los reflectores (20)
hiperbólicos junto con los mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de
bloqueo. Cuando se desea que los reflectores (20) se mantengan en
una posición fija, los brazos móviles de los mecanismos de bloqueo
se mueven en la dirección norte - sur y bloquean los reflectores
(20); cuando es necesario que los reflectores (20) cambien de
posición, se mueven otra vez en la dirección norte - sur y se
liberan los reflectores. En caso de que se usen reflectores (20)
hiperbólicos múltiples, las conexiones (28) de reflector mostradas
en la figura 7 se usan como miembro de conexión entre los
reflectores (20) para conectarlos entre sí y, así permitir que se
muevan juntos. Las posiciones de las conexiones (28) de conector
están el las partes superiores de los reflectores (20) de manera
tal que no golpean los mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de
bloqueo.
Pueden aplicarse diferentes alternativas a los
tubos (21) receptores térmicos que se usan en el sistema (B) de
campo de colectores solares hiperbólicos. En la primera alternativa,
el tubo (21) receptor térmico consta de dos tubos que están
encajados, concéntricos entre sí y tienen un espacio vacío entre los
mismos. Se pasa un fluido a través del tubo interior, que se llama
tubo de transferencia, con alta conductividad térmica para la
transferencia de calor. El tubo exterior de vidrio permite que los
haces de luz procedentes de los reflectores hiperbólicos lleguen
directamente al tubo de transferencia. De esta manera se incrementa
la temperatura del tubo de transferencia y del fluido de su
interior. Con el fin de evitar pérdida de calor por convección desde
el tubo de transferencia al exterior, se crea un espacio vacío
entre el tubo de vidrio y el tubo de transferencia.
En la segunda alternativa, a diferencia con el
tubo receptor térmico anterior, este tubo está hecho de vidrio y
las aletas térmicas con alta conductividad térmica se usan en su
interior con el fin de que el calor del fluido pase a través de
este tubo más rápidamente. Asimismo, dichas aletas térmicas pueden
ser las aletas que tienen forma de placa; también pueden usarse en
forma de pasadores. Las aletas en forma de placa presentan
facilidad de fabricación y montaje comparada con las aletas en forma
de pasador. Dado que las de forma de pasador proyectan menos sombra
entre sí, son más eficaces que las de forma de placa. En este
sistema (B) es posible usar ambas estructuras. En la segunda
alternativa, es necesario usar un segundo tubo de vidrio sobre las
partes exteriores de los tubos receptores térmicos adecuados de
manera tal que haya un espacio vacío entre dicho tubo de vidrio y
el tubo interior. Las aletas térmicas que son adecuadas para la
segunda alternativa se ubican longitudinalmente dentro del tubo de
vidrio dentro del tubo de vidrio e integralmente con este tubo.
Dado que el tubo (21) receptor térmico está
parcialmente rodeado por el reflector (20) hiperbólico del sistema
(89 de campo de colectores solares hiperbólicos, está menos afectado
por las condiciones ambientales externas. Por lo tanto, dado que el
tubo exterior de vidrio no es preferente en el tubo (21) receptor
térmico que es adecuado para la antes mencionada primera
alternativa, no hay necesidad de realizar operaciones tales como
combinación de los tubos de vidrio que tienen una longitud de muchos
metros, creación de un espacio vacío, que aporta estanqueidad; y
así surja una oportunidad de ahorrar dinero en problemas tales como,
realización, mantenimiento, reparación gracias a la ausencia de
estos tubos de vidrio que son los componentes más frágiles del
sistema aún cuando estén en una posición fija.
Los sistemas (B) de campo de colectores solares
hiperbólicos preferentes anteriores no están pensados para limitar
el ámbito de protección de la invención. De acuerdo con la
información descrita con la invención, las modificaciones a
realizar en estos sistemas (B) de campo de colectores solares
hiperbólicos se deben evaluar dentro del ámbito de protección de la
invención.
Las figuras 7-14 muestran un
sistema (H) de campo de colectores solares hiperbólicos del que, en
la figura 7, se muestra una vista lateral, comprende reflectores
(20m) hiperbólicos en los que las haces de luz procedentes del sol
paralelos y cuyo ángulo de incidencia cambia a una velocidad fija de
15 grados por hora durante todo el día se concentran en el eje
focal situado en la parte inferior de los mismos, tubos (21)
receptores térmicos que se extienden a lo largo de dicho eje focal
y están en una posición fija, y soportes (23, 23') laterales que
están en una posición fija al suelo a ambos lados del reflector. Los
reflectores (20m) están conectados al suelo desde al menos un punto
de junta (22) rotatoria de manera tal que dichos reflectores pueden
rotar alrededor del eje central de los tubos (21) receptores
térmicos. La parte inferior de dicho reflector (20m) hiperbólica ha
sido producida como círculo seccionado de manera tal que rodea
parcialmente los tubos (21) receptores térmicos en su continuación;
se ha dado forma (20m') de hipérbola a sus brazos que se extienden
hacia ambos lados. Se genera una estructura (20m'') hiperbólica más
grande que se inicia en el punto donde dicha forma (20m') de
hipérbola termina y se extiende hacia ambos lados de nuevo en forma
de de hipérbola. El reflector (20m) hiperbólico que comprende
hipérbolas (20m', 20m'') de doble etapa está formado de manera tal
que primeramente los haces de luz procedentes del sol paralelos y se
reflejan con ángulos de incidencia de grados variables de la
superficie interior de la forma (20m'') hiperbólica grande y
llegan a la superficie interior de la forma de hipérbola pequeña
pasando a través de la abertura de la forma (20m') de hipérbola
pequeña y seguidamente se concentran en los tubos (21) receptores
térmicos (21) reflejándose de los mismos. El uso previsto de las
hipérbolas (20m', 20m'') de doble etapa es asegurar la operación más
eficaz del sistema (H) de campo de colectores solares hiperbólicos
concentrando los haces de luz procedentes del sol más en el tubo
(21). Así, con los reflectores (20m), se reduce el problema
relativo a la concentración de la luz solar en los tubos receptores
térmicos. La abertura de la forma (20m') de la hipérbola pequeña
mencionada en la presente es igual al área focal de la (20m'') de
la hipérbola grande. Por consiguiente, esta forma (20m') de la
hipérbola pequeña reconcentra la luz concentrada por la forma
(20m'') de hipérbola grande a recoger en su parte inferior.
El reflector (20m) hiperbólico contenido en
dicho sistema (H) tiene una estructura que es capaz de concentrar
los haces de luz procedentes del sol dentro de un sector angular de
aproximadamente 60 grados en los tubos receptores térmicos que
están situados en la parte inferior de la misma. Con dicho sistema
(H), se genera concentración de luz de tipo no de reflexión en los
tubos receptores térmicos.
Dado que dicho reflector (20m) hiperbólico está
conectado al suelo desde su parte inferior con las juntas (22)
rotatorias, el reflector (20m) se puede dirigir hacia el sol
rotándolo con el uso de cualquier mecanismo motriz que esté
asociado con estas juntas (22) y/o reflectores (20m). Considerando
que hay una ruta de movimiento del sol de aproximadamente 180
grados entre el orto y el ocaso, el reflector (20m) permanece en una
posición fija, como en la demostración de la figura 9, sobre el
soporte (23') lateral en dirección este durante el tiempo necesario
para alcanzar el ángulo cenital de aproximadamente 60 después del
orto. Mientras que el sol continúa su recorrido hacia el punto
cenital de la ruta elíptica que sigue después de completar el ángulo
cenital de aproximadamente 60 grados, el reflector (20m)
hiperbólico se rota y se lleva a una posición en la que es paralela
al eje acimutal. Debido a la característica de recogida de haces de
luz de dicho reflector (20m) de dentro de un sector angular de 60
grados, el movimiento del reflector no tiene que ser probado no
preciso en ese tiempo; hay un intervalo de tiempo suficientemente
largo para alcanzar la posición paralela con el eje acimutal. Esta
posición se muestra en la figura 10. Para mantener el reflector
(20m) hiperbólico en esta posición, se pueden usar diferentes
mecanismos de bloqueo (figura 14). Después del barrido del ángulo
cenital de aproximadamente 120 grados, el reflector (20m)
hiperbólica se rota hacia la dirección oeste otra vez y se pasa en
este momento a una posición fija sobre el soporte (23) lateral en la
dirección oeste. Después de que el sol haya completado el ángulo
cenital de aproximadamente 120 grados, el reflector (20) hiperbólico
se mantiene en la dirección oeste como también se muestra en la
figura.11 durante el tiempo del ocaso. Después del ocaso, el
reflector (20m) hiperbólico se lleva de nuevo a su posición inicial
a través de una nueva rotación hacia la dirección este -hay un
tiempo tan largo como toda la noche para esta operación- y se
ubica sobre el soporte (23') lateral en la dirección este. En los
casos en los que las regiones geográficas en las que se usa dicho
sistema (H) son diferentes, por ejemplo, en los casos en los que
estos sistemas (H) están situados bajo o sobre el nivel del mar, o
rodeado de alturas; el movimiento angular del sol con respecto a la
tierra puede ser relativamente diferente. Dicho de otra manera, el
sol puede barrer un ángulo mayor o menor que la ruta de recorrido
de 180 grados como se mencionó anteriormente. En estos casos, las
alturas de los soportes (23, 23') laterales también son diferentes
de acuerdo con las características de las geografías en las que se
usan dichos sistemas (H). En dichos casos, las aberturas de los
reflectores (20m) hiperbólicos y las alturas de los soportes (23,
23') laterales se pueden ajustar: de manera tal que dividen la ruta
que sigue el sol en tres partes iguales. Por ejemplo, considerando
la ruta de movimiento de 180 grados y que el sol sale de un nivel
de 0 y declina desde un nivel de 180 grados como se mencionó
anteriormente, la apertura de los reflectores (20m) se puede
ajustar de manera tal que recogerá los haces de luz procedentes de
un sector angular de 60 grados y las alturas de los soportes (23,
23') laterales se pueden ajustar de manera tal que dirigirán los
reflectores los reflectores hacia un eje de 30 grados desde el
horizonte cuando los reflectores (20m) están asentados sobre los
mismos.
En una realización del objeto de la invención el
sistema (H) de campo de colectores solares hiperbólicos, se instaló
un anillo (29) de soporte sobre la parte inferior del reflector
(20m) hiperbólico. Los tubos (21) receptores térmicos antes
mencionados están situados sobre el eje central del anillo (29) de
soporte. El sistema (H) rota alrededor de este eje que es también
eje focal de los reflectores (20m). En el sistema (H) de campo de
colectores solares hiperbólicos), los anillos (29) de soporte desde
sus partes inferiores a través de las juntas (22) rotatorias y
rotan sobre las juntas (22) rotatorias deslizándose. Las juntas (22)
rotatorias se instalaron bajo los anillos (29) de soporte de manera
tal que permiten que los anillos (29) alrededor de su centro.
Además, la resistencia de este sistema (H) se incrementa usando un
material de relleno ligero entre el anillo (29) de soporte y el
reflector (20m) hiperbólico.
Dado que los reflectores (20m) del sistema (H)
de campo de colectores solares hiperbólicos recogen la luz solar de
un sector angular de aproximadamente 60 grados y así se ubican
solamente en tres posiciones en un día, se elimina la necesidad de
que los reflectores (20m) se muevan sincrónicamente entre sí durante
el cambio de posición. Por lo tanto, no es necesario el seguimiento
preciso y continuo del sol, y no hay necesidad de unidades de
control electrónicas complejas ni de programas que sean necesarios
para este seguimiento. Esta consideración crítica reduce
sustancialmente no solamente los costes de diseño, fabricación y
mantenimiento sino que también simplifica igualmente la
operación.
Aunque la actividad de seguimiento del sol con
movimiento continuo y preciso por medio de dicho sistema (H) reduce
los costes de producción, mantenimiento y reparación del sistema
(H), también pueden usarse los reflectores multipiezas para reducir
los costes que surjan de la fabricación del reflector hiperbólico de
una sola pieza. La figura 12 presenta una vista lateral del
reflector hiperbólico de una sola pieza del sistema (H) de campo de
colectores solares hiperbólicos. Por medio de la invención, en vez
de los de una sola pieza, también se pueden usar, alternativamente,
reflectores hiperbólicos multipiezas longitudinales. Por medio de
esta estructura multipiezas, aún cuando algunas de las partes del
reflector se rompan, es fácil cambiarlas. Además, la rotura de
reflectores de una sola pieza debido a los efectos externos puede
dañar la parte sustancial de los reflectores. Por medio de la
estructura multipiezas, solamente los reflectores que permanecen
bajo el efecto se rompen, y la posibilidad de daño a toda la
hipérbola se reduce. Además, los costes de mantenimiento y
sustitución que puedan surgir cuando los reflectores hiperbólicos
se rompen, decrecen y aún cuando se rompan algunas partes del
reflector, el sistema puede continuar funcionando sin sufrir
demasiada pérdida de eficacia. En los reflectores hiperbólicos
multipiezas, la anchura del borde de los que están cerca del centro
de la hipérbola es estrecha y la anchura de estas partes del
reflector se incrementa hacia los lados de la hipérbola. Las
superficies de los reflectores hiperbólicos multipiezas orientadas
hacia los tubos receptores térmicos pueden producirse de dos
maneras diferentes. La primera alternativa es hacer estas
superficies planas. Los reflectores que están situados sobre las
superficies cóncavas de este colector solar hiperbólico están
situados sobre este colector de manera tal que reflejan la luz que
llega a sus superficies planas hacia el tubo receptor térmico. La
segunda alternativa es que dichas superficies de estos reflectores
multipiezas tiene cada una forma de sección de de hipérbola. Dicho
de otra manera, dichos reflectores multipiezas están hechos de poner
las secciones longitudinales de un solo reflector hiperbólico
juntas. Cuando dichos reflectores seccionados de hipérbola están
situados longitudinalmente y colateralmente sobre la superficie
cóncava de un colector solar hiperbólico de nuevo, se produce un
sistema de reflectores hiperbólicos multipiezas, donde el punto
focal de cada uno es el tubo colector térmico. En dicho sistema
(H), si se usan las partes del reflector de superficies que están
propuestas como primera alternativa, cada panel plano de be ser
estrecho en anchura y por consiguiente el número de paneles usados
deben ser demasiados con el fin de hacer posible una mejor
concentración. Si se usan los reflectores multipiezas hechos de
secciones de hipérbola que están propuestas en la segunda
alternativa, es posible usar menos partes de reflectar dado que
cada anchura de reflector es más ancha que las de superficie plana.
Dado que ambas alternativas tienen sus propias ventajas, se puede
hacer una selección entre estas dos alternativas de acuerdo con la
capacidad de fabricación. Debido a sus superficies planas, la
fabricación de las partes de reflector mencionadas en la primera
alternativa es más fácil que la fabricación de los reflectores
seccionados hiperbólicos. Además, aunque la fabricación de los
reflectores seccionados hiperbólicos es más difícil, concentran
mejor la luz solar.
La figura 13 presenta una vista lateral del
sistema (H) de campo de colectores solares hiperbólicos junto con
las unidades motrices y de soporte. Para rotar los reflectores (20m)
hiperbólicos alrededor de un punto de pivote, se pueden usar
diferentes mecanismos motrices. Estos mecanismos pueden ser
dispositivos en forma de unidades de motor reductor, transmisión
por cadena o polea para correa que se unen a estas unidades y además
en forma de brazos de impulsión. Estos mecanismos (no mostrados en
las figuras) pueden estar unidos a las juntas (22) rotatorias o al
reflector (20m) hiperbólico. Por medio de estos mecanismos, los
reflectores (20m) hiperbólicos se pueden rotar alrededor del eje
focal. Con la invención, es preferente situar los reflectores
usando motores múltiples con menos capacidad. De esta manera, usando
motores múltiples en vez de una unidad de un solo motor con
capacidad suficiente para rotar todos los reflectores, se aspira a
que la totalidad del sistema de reflectores continúe funcionando
aún cuando algunos de los motores fallan.
Otro ejemplo de los mecanismos motrices pueden
ser los pistones (24, 24') hidráulicos o neumáticos, como se
muestra en la figura 13. Es posible situar los reflectores (20m) en
la dirección este - oeste con ayuda de los pistones (24, 24') de
los que los extremos de uno se conectan a los lados de los
reflectores (20m) y los otros extremos se conectan a un punto fijo.
O los reflectores (20m) pueden ubicarse con ayuda de los estays
(26, 26') de los que los extremos de uno se conectan al lado de los
reflectores (20m) y los otros extremos se conectan a una polea (27,
27'). Durante el uso de estays (26, 26') como sistema motriz, la
longitud de estos cables (26, 26') se puede ajustar de acuerdo con
la rotación de las poleas rotadas por unidades motrices
individuales.
En el sistema (H) de campo de colectores solares
hiperbólicos, los mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de bloqueo se
pueden usar también para proteger los reflectores (20m) hiperbólicos
de las cargas de viento y reducir la cantidad de oscilación cuando
están en una posición fija. Debido a que estos mecanismos están
situados sobre las partes de comienzo y terminación de los
reflectores (20m) hiperbólicos, cuando los reflectores se pasan a
la posición fija al este del eje acimutal y en direcciones oeste,
los brazos de los mecanismos de bloqueo se mueven en la dirección
norte - sur y soportan el reflector (20m) en sus posiciones fijas.
Cuando los reflectores (20m) se pasan a la posición este, se
mantienen fijos entre los soportes (23') laterales y los bloqueos
(25d) este. Cuando los reflectores (20m) se pasan a la posición
paralela al eje acimutal, se mantienen fijos entre los bloqueos
(25a, 25a') acimutales. Cuando los reflectores (20m) se pasan a la
posición oeste, se mantienen fijos entre los soportes (23)
laterales y los bloqueos (25b) oeste. La figura 14 presenta una
vista frontal de los reflectores (20m) hiperbólicos junto con los
mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de bloqueo. Cuando es necesario
que los reflectores (20m) se mantengan en una posición fija, los
brazos móviles de los mecanismos de bloqueo se mueven en la
dirección norte - sur y bloquean los reflectores (20m); cuando los
reflectores (20m) cambian de posición, se mueven otra vez el la
dirección norte - sur y liberan los reflectores. En el caso de que
se usen reflectores (20m) hiperbólicos múltiples, las conexiones
(28) de reflector mostradas en la figura 14 se usan como miembro de
conexión entre los reflectores (20m) con el fin de conectar los
reflectores (20m) entre sí y, así, posibilitar que se muevan
juntos. Las posiciones de las conexiones (28) de reflector están en
las partes superiores de los reflectores (20m) de manera tal que no
golpean los mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de bloqueo.
Se pueden aplicar diferentes alternativas de los
tubos (21) receptores térmicos (21) que se usan en el sistema (H)
de campo de colectores solares hiperbólicos. En la primera
alternativa, el tubo (21) receptor térmico consta de dos tubos que
están encajados concéntricos entre sí y tienen un espacio vacío
entre ambos. A través del tubo interior, llamado tubo de
transferencia, se pasa un fluido con alta conductividad térmica para
transferir calor. Un tubo exterior de vidrio permite que los haces
de luz procedentes de los reflectores hiperbólicos lleguen
directamente al tubo de transferencia. De esta manera se incrementa
la temperatura del tubo de transferencia y del fluido de su
interior. Con el fin de evitar pérdida de calor al exterior por
medio de convección desde el tubo de transferencia, se crea un
espacio vacío entre el tubo de vidrio y el tubo de
transferencia.
En la segunda alternativa, a diferencia con el
tubo receptor térmico anterior, este tubo está hecho de vidrio y en
su interior se usan aletas térmicas con alta conductividad térmica
con el fin de calentar el fluido que pasa a lo largo de este tubo
más rápidamente. Dichas aletas térmicas pueden ser aletas térmicas
en forma de placa; sin embargo se pueden usar también en forma de
pasador. Las aletas en forma de placa presentan facilidad de
fabricación y montaje comparada con las aletas en forma de pasador.
Dado que las en forma de pasador proyectan una sombra menor de unas
sobre otras, son más eficientes que las en forma de placa. En este
sistema (H) es posible usar ambas estructuras de aleta. En la
segunda alternativa, es necesario usar un segundo tubo de vidrio
sobre las partes exteriores los tubos receptores térmicos adecuados
de manera tal que se forme un espacio vacío entre dicho tubo de
vidrio y el tubo interior. Las aletas térmicas que son adecuadas
para la segunda alternativa se sitúan longitudinalmente dentro del
tubo de vidrio e integralmente con este tubo.
Dado que el tubo (21) receptor térmico está
rodeado parcialmente por el reflector (20m) hiperbólico en el
sistema (H) de campo de colectores solares hiperbólicos, se ve menos
afectado por las condiciones ambientales externas. Por
consiguiente, dado que el tubo de vidrio exterior no es preferente
en el tubo (21) receptor térmico que es adecuado para la primera
alternativa antes mencionada, no hay necesidad de realizar
operaciones tales como combinación de tubos de vidrio que tienen
una longitud de muchos metros, creación de un espacio vacío,
provisión de estanqueidad; y surge una oportunidad de ahorrar dinero
en asuntos tales como material, realización, mantenimiento,
reparación gracias a la ausencia de estos tubos de vidrio que son
los componentes más frágiles del sistema aún cuando están en una
posición fija.
Los sistemas (H) de campo de colectores solares
hiperbólicos preferentes anteriores no se pretende con ellos
limitar el ámbito de protección de la invención. De acuerdo con la
información descrita con la invención, las modificaciones a
realizar en estos sistemas (H) de campo de colectores solares
hiperbólicos preferentes se deben evaluar dentro del alcance de la
protección de la invención.
Claims (14)
1. Un sistema (B) de campo de colectores
solares hiperbólicos, que comprende reflectores (20) hiperbólicos
en los que los haces de luz que proceden del sol paralelos y los
ángulos de incidencia de la luz de los mismos cambian a lo largo
del día se concentran sobre el eje focal situado en la parte
inferior del mismo y tubos (21) receptores térmicos que se
extienden a lo largo de dicho eje focal y están en una posición
fija,
la parte inferior de dichos reflectores (20)
hiperbólicos es de sección circular de manera tal que rodea los
tubos (21) receptores térmicos parcialmente, y a continuación, sus
brazos que se extienden hacia dos lados; dicho sistema se
caracteriza porque dichos brazos tienen forma de hipérbola;
comprende al menos una junta (22) rotatoria que se usa para
permitir que los reflectores (20) roten alrededor del eje central de
los tubos (21) receptores térmicos y se conecten a la parte
inferior de los reflectores (20) y al suelo, y los soportes (23,
23') laterales que están en una posición fijada al suelo sobre ambos
lados del reflector (20);
las aberturas de los reflectores (20)
hiperbólicos y las alturas de los soportes (23, 23') laterales son
tales que recogen los haces de luz procedentes de una parte tercera
de la ruta que sigue el sol, y los reflectores (20) pueden
dirigirse hacia el sol en tres posiciones diferentes, de manera tal
que pueden orientarse hacia la dirección este, hacia el punto
cenital de la ruta elíptica que sigue el sol y hacia la dirección
oeste; y los reflectores (20) hiperbólicos tienen una estructura
que es capaz de concentrar los haces de luz procedentes de un
sector angular que constituye una tercera parte de la ruta que sigue
el sol, sobre los tubos receptores térmicos que están situados en
la parte inferior de los mismos.
2. Un sistema (H) de campo de colectores solares
hiperbólicos, que comprende reflectores (20m) hiperbólicos en los
que los haces de luz procedentes del sol paralelos y los ángulos de
incidencia de la luz de los mismos que cambian a lo largo de todo
el día se concentran sobre el eje focal situado en la parte inferior
de los mismos, y tubos (21) receptores térmicos que se extienden a
lo largo de todo el eje focal y están en una posición fija, la
parte inferior de dichos reflectores (20m) hiperbólicos son se
sección circular, de manera tal que rodea parcialmente los tubos
(21) receptores térmicos, y sobre la continuación; extendiéndose sus
brazos hacia dos lados; dicho sistema se caracteriza porque
dichos brazos tiene forma de hipérbola (20m'); hay una estructura
(20m'') hiperbólica más grande, también en forma de hipérbola, que
comienza desde el punto en que dicha forma (20m') de hipérbola
termina y se extiende hacia ambos lados; con el fin de asegurar una
operación más eficaz del sistema (H) de campo de colectores solares
hiperbólicos concentrando más los haces de luz procedentes del sol
sobre el tubo (21) y reducir el problema relativo a la concentración
de la luz solar sobre los tubos receptores térmicos con reflectores
(20m) hiperbólicos ampliados; los reflectores (20m) hiperbólicos que
comprenden hipérbolas (20m', 20m'') de doble etapa son tales que
primeramente los haces de luz procedentes del sol paralelos y a
grados variables se reflejan en la superficie interior de la forma
(20m'') hiperbólica grande y llegan a la superficie interior de la
forma de hipérbola pequeña pasando a través de la abertura de la
forma (20m') hiperbólica grande y, a continuación, se concentran
sobre los tubos (21) receptores térmicos reflejándose en la
misma;
comprende al menos una junta (22) rotatoria
usada para permitir que los reflectores (20m) roten alrededor del
eje central de los tubos (21) receptores térmicos y se conecten a la
parte inferior de los reflectores (20m) y al suelo; y
el reflector (20m) hiperbólico tiene una
estructura que es capaz de concentrar los haces de luz procedentes
de un sector angular que constituya una tercera parte de la ruta que
sigue el sol sobre los tubos receptores térmicos que están situados
en la parte inferior del mismo
3. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que los mecanismos motrices que están asociados con las juntas
(22) y/o con el reflector (20, 20m) se usan para rotar y dirigir
los reflectores (20, 20m) hacia el sol.
4. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que los reflectores (20, 20m) hiperbólicos están en una posición
fija sobre el soporte (23') lateral en la dirección este durante el
tiempo para alcanzar la primera tercera parte del ángulo cenital
total que se barrerá después del orto solar; mientras que el sol
continúa su recorrido hacia el punto cenital de la ruta elíptica
que sigue después de completar dicha primera tercera parte
aproximadamente, los reflectores (20, 20m) hiperbólicos son rotados
y llevados a una posición donde son paralelos al eje acimutal;
después de que el sol haya barrido la segunda tercera parte del
ángulo cenital que barrerá aproximadamente, los reflectores (20,
20m) hiperbólicos son rotados hacia la dirección oeste otra vez y
cambiados esta vez a una posición fija sobre los soportes (23)
laterales en la dirección oeste; después del ocaso solar, los
reflectores (20, 20m) hiperbólicos son devueltos a su posición
inicial rotándolos de nuevo hacia la dirección este y situándolos
sobre los soportes (23') laterales en la dirección este.
5. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que los reflectores de espejo de vidrio plano longitudinal
multipiezas, que tienen eficacia de reflexión mayor que los espejos
de vidrio curvos, se usan con el fin de reducir el coste emanante de
la fabricación de los reflectores (20, 20m) hiperbólicos de una
sola pieza y del cambio de los rotos fácilmente si se rompen
algunos de los reflectores.
6. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con la reivindicación 5, en el que
las superficies de los reflectores hiperbólicos multipiezas que
están orientadas hacia los tubos (21) receptores térmicos son
planas, las partes del reflector que están situadas sobre las
superficies cóncavas de un colector solar hiperbólico están
situadas sobre este colector de manera tal que reflejan a luz que
incide sobre sus superficies hacia el tubo (21) receptor térmico y
la anchura del borde de las partes de los reflectores hiperbólicos
multipiezas que están cerca del centro de la hipérbola es estrecha y
la anchura de estas partes del reflector se incrementa hacia los
lados de la hipérbola.
7. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que los mecanismos motrices que se usan para rotar los
reflectores (20, 20m) alrededor de su eje focal, pueden ser
dispositivos de unidades desmultiplicadoras de motor, de transmisión
de cadena conectados a dispositivos de unidades reductores de
motor, de polea de correa conectados a unidades desmultiplicadoras
de motor, brazos impulsores conectados a las unidades
desmultiplicadoras de motor, pistones hidráulicos, pistones (24,
24') neumáticos.
8. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que se usan unidades motrices múltiples con menor capacidad, en
vez de una unidad motriz que tenga capacidad suficiente para rotar
todos los reflectores (20, 20m).
9. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que
comprende mecanismos (25a, 25a', 25b, 25d) de bloqueo que están
situados sobre las partes inicial y final de los reflectores (20,
20m) hiperbólicos con el fin de protegerlos de las cargas de viento
y reducir la cantidad de oscilación cuando los reflectores (20,
20m) hiperbólicos se cambian a la posición fija en las direcciones
este, eje acimutal y direcciones oeste, y soportan el reflector (20,
20m) en sus posiciones fijas mediante los brazos de los mismos
moviéndose en la dirección norte - sur o son abiertos por los brazos
de los mismos moviéndose en la dirección norte - sur otra vez
cuando los reflectores (20, 20m) tienen que moverse.
10. Un sistema (B, H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en
el que el tubo (21) receptor térmico se compone de dos tubos que
están encajados, concéntricos entre sí y tienen un espacio vacío
entre ambos; el tubo interior es en forma de tubo con alta
conductividad térmica a través del cual se pasa un fluido para la
transferencia de calor; el tubo exterior es en forma de tubo de
vidrio que permite que los haces de luz procedentes del reflector
hiperbólico lleguen directamente al tubo interior.
11. Un sistema (H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con la reivindicación 2, que
comprende soportes (23, 23') laterales que están en una posición
fija al suelo sobre ambos lados de los reflectores (20m).
12. Un sistema (H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con la reivindicación 2, en el que
las aberturas de los reflectores (20m) hiperbólicos y las alturas de
los soportes (23, 23') laterales son tales que recogen los haces de
luz de la primera tercera parte de la ruta que sigue el sol y los
reflectores (20m) se dirigen hacia el sol en tres posiciones
diferentes de manera tal que se orientas hacia la dirección este,
hacia el punto cenital de la ruta elíptica que sigue el sol y hacia
la dirección oeste.
13. Un sistema (H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con la reivindicación 2, en el que
con el fin de reconcentrar la luz concentrada por la forma (20m'')
de hipérbola grande para ser recogida en la parte inferior de la
forma (20m') de hipérbola pequeña, la abertura de la forma (20m) de
hipérbola pequeña es igual al área de concentración de la forma
(20m'') de hipérbola grande.
14. Un sistema (H) de campo de colectores
solares hiperbólicos de acuerdo con la reivindicación 2, que
comprende anillos (29) de soporte que están instalados sobre la
parte inferior del reflector (20m) hiperbólico, las juntas (22)
rotatorias que están instaladas bajo los anillos (29) de soporte de
manera tal que permiten que los anillos (29) roten alrededor de su
centro y de los tubos (21) receptores térmicos que están situados
sobre el eje central de los anillos (29) de soporte que es también
el eje focal de los reflectores (20m).
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