ES2648737B1 - Receiver for solar power tower - Google Patents
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Abstract
Receptor para torre de energía solar que tiene al menos un conjunto (1) tubular que comprende un tubo (2) interior y un tubo (3) externo exterior y excéntrico al tubo (2) interior. Un primer extremo del tubo (6) interior está conectado a un primer colector (4) y un primer extremo del tubo (7) exterior está conectado a un segundo colector (5), el primer colector (4) y el segundo colector (5) dispuestos uno sobre el otro y ambos en el mismo lado del conjunto (1) tubular. Un segundo extremo del tubo (8) interior está conectado a un segundo extremo del tubo (9) exterior por medio de un ensamble (10) de bayoneta que permite el flujo del fluido de transferencia de calor entre ambos tubos (8, 9) de manera que el fluido de transferencia de calor se calienta a lo largo del conjunto (1) tubular.Solar tower receiver that has at least one tubular assembly (1) comprising an inner tube (2) and an outer tube (3) external and eccentric to the inner tube (2). A first end of the inner tube (6) is connected to a first manifold (4) and a first end of the outer tube (7) is connected to a second manifold (5), the first manifold (4) and the second manifold (5 ) arranged one above the other and both on the same side of the tubular assembly (1). A second end of the inner tube (8) is connected to a second end of the outer tube (9) by means of a bayonet assembly (10) that allows the flow of heat transfer fluid between both tubes (8, 9) of so that the heat transfer fluid is heated along the tubular assembly (1).
Description
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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Receptor para torre de energía solar Campo técnicoReceiver for solar power tower Technical field
La presente invención abarca el campo de la energía solar, específicamente sistemas solares térmicos de alta concentración, y más específicamente tecnologías de torre de energía solar.The present invention encompasses the field of solar energy, specifically high concentration thermal solar systems, and more specifically solar power tower technologies.
Esta invención se refiere, en particular, a un receptor de torre de energía solar con al menos un conjunto tubular que tiene un tubo interior y un tubo externo exterior y excéntrico al tubo interior, ambos conectados a colectores y configurado para el flujo de un fluido de transferencia de calor (HTF).This invention relates, in particular, to a solar power tower receiver with at least one tubular assembly having an inner tube and an outer outer tube and eccentric to the inner tube, both connected to manifolds and configured for fluid flow. Heat transfer (HTF).
El tubo interior y el tubo exterior se conectan por medio de un empalme de bayoneta que permite el flujo del fluido de transferencia de calor, calentado el HTF a lo largo del conjunto tubular.The inner tube and the outer tube are connected by means of a bayonet joint that allows the flow of heat transfer fluid, heated the HTF along the tubular assembly.
Antecedentes de la técnicaPrior art
El uso de la energía solar como fuente renovable para producir energía eléctrica en centrales térmicas ha aumentado en los últimos años, gracias a las innovaciones y mejoras de diseño. Una de las tecnologías más prometedoras en términos de potencia y eficiencia es la Torre de Energía Solar (SPT).The use of solar energy as a renewable source to produce electricity in thermal power plants has increased in recent years, thanks to innovations and design improvements. One of the most promising technologies in terms of power and efficiency is the Solar Energy Tower (SPT).
En la tecnología SPT la radiación solar directa es reflejada por una pluralidad de espejos de seguimiento solar que concentran la radiación solar en un receptor, situado en la parte superior de una torre. De esta manera, la radiación directa se concentra en el área efectiva del receptor permitiendo alcanzar el máximo pico de la radiación. La energía solar se recoge en el receptor usando un HTF que luego se utiliza para transferir la energía a un ciclo de potencia termodinámico, o para otro uso diferente.In SPT technology, direct solar radiation is reflected by a plurality of solar tracking mirrors that concentrate solar radiation on a receiver, located at the top of a tower. In this way, the direct radiation is concentrated in the effective area of the receiver allowing to reach the maximum radiation peak. Solar energy is collected at the receiver using an HTF which is then used to transfer the energy to a thermodynamic power cycle, or for a different use.
El receptor central es uno de los subsistemas más importantes de los sistemas SPT. Por lo general, el 80-90% de la energía reflejada es absorbida y transferida al fluido de trabajo, que es el HTF. El HTF puede ser cualquier fluido con una alta capacidad de absorción y transferencia de energía térmica. Algunos ejemplos son el agua, aire, sales fundidas o aceites sintéticos que soportan altas temperaturas. Hoy en día, hay diferentes configuraciones del receptor, tales como receptor cilíndrico, de cavidad, o lecho fluidizado o volumétrico. Las principales diferencias entre los receptores se refieren al fluido de trabajo utilizado, cómo la radiación solar es absorbida y transferida al fluido de trabajo y, finalmente, cómo el receptor se protege contra las pérdidas de calor.The central receiver is one of the most important subsystems of SPT systems. In general, 80-90% of the reflected energy is absorbed and transferred to the working fluid, which is HTF. The HTF can be any fluid with a high capacity of absorption and transfer of thermal energy. Some examples are water, air, molten salts or synthetic oils that withstand high temperatures. Today, there are different configurations of the receiver, such as cylindrical, cavity, or fluidized or volumetric bed. The main differences between the receivers refer to the working fluid used, how solar radiation is absorbed and transferred to the working fluid and, finally, how the receiver is protected against heat losses.
Mientras que la cavidad y los receptores volumétricos están recibiendo mucha atención de la comunidad académica, los receptores solares externos son los más utilizados comercialmente. En los receptores cilíndricos la radiación solar es absorbida por varios tubos localizados en el entorno externo; los tubos se enfrían en su parte interna por el flujo HTF. En ausencia de recubrimientos altamente selectivos en la superficie del tubo, laWhile the cavity and volumetric receptors are receiving a lot of attention from the academic community, external solar receivers are the most commercially used. In cylindrical receptors, solar radiation is absorbed by several tubes located in the external environment; the tubes are cooled in their internal part by the HTF flow. In the absence of highly selective coatings on the surface of the tube, the
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exposición directa al medio ambiente implica altas pérdidas térmicas, por ello no es posible trabajar con temperaturas muy altas. Por otro lado, el hecho de que la superficie exterior de los tubos directamente intercepta la radiación solar, mientras que el fluido que la enfría fluye en la parte interna de la pared, provoca que la tasa de concentración solar no sea lo suficientemente alta para evitar el sobrecalentamiento en los tubos o que se quemen. Esto lleva a reducir la interceptación de la radiación solar reflejada (reducción de la eficiencia óptica de la planta solar).Direct exposure to the environment implies high thermal losses, so it is not possible to work at very high temperatures. On the other hand, the fact that the outer surface of the tubes directly intercepts the solar radiation, while the cooling fluid flows into the inner part of the wall, causes the solar concentration rate is not high enough to avoid Overheating in the tubes or burning. This leads to reduced interception of reflected solar radiation (reduction of the optical efficiency of the solar plant).
La mejora de la eficiencia y la durabilidad del receptor tienen un efecto importante en la potencia disponible y el costo de mantenimiento de los sistemas SPT. La búsqueda de diseños del receptor óptimo es, hoy en día, una de las principales prioridades en el desarrollo de plantas de energía termosolar. Hay numerosos documentos que desarrollan diferentes receptores u otros aspectos. Algunos ejemplos son los siguientes:Improved efficiency and durability of the receiver have an important effect on the available power and maintenance cost of SPT systems. The search for optimal receiver designs is, today, one of the main priorities in the development of solar thermal power plants. There are numerous documents that develop different receivers or other aspects. Some examples are the following:
El documento US3924604 revela un receptor de tipo exterior con tubos dispuestos alrededor del eje central de la torre. Este receptor se encuentra en la cima de la torre y también se encuentra en medio de un campo de heliostatos dispuestos circularmente.Document US3924604 discloses an exterior type receiver with tubes arranged around the central axis of the tower. This receiver is located at the top of the tower and is also in the middle of a field of circularly arranged heliostats.
El documento US4400946 propone una nueva configuración para una planta de concentración solar de torre, donde se define la generación de vapor en un receptor dispuesto en un anillo de un sector circular del círculo descrito por la torre.Document US4400946 proposes a new configuration for a solar tower concentration plant, where steam generation is defined in a receiver arranged in a ring of a circular sector of the circle described by the tower.
Los documentos US6911110 y WO2008118980 han sido publicados con respecto a la tecnología anterior, tratando de optimizar los diversos elementos y procesos del sistema.The documents US6911110 and WO2008118980 have been published with respect to the previous technology, trying to optimize the various elements and processes of the system.
El documento ES2363288 revela un receptor de sales fundidas tubular con un nuevo procedimiento operativo para reducir los gradientes térmicos en los tubos. En este documento, se propone un nuevo diseño de receptor que soluciona el problema de la resistencia del material para que sea capaz de homogeneizar la temperatura del receptor y la reducir la temperatura de la pared.Document ES2363288 discloses a tubular molten salt receiver with a new operative method to reduce thermal gradients in the tubes. In this document, a new receiver design is proposed that solves the problem of the resistance of the material so that it is able to homogenize the temperature of the receiver and reduce the temperature of the wall.
Para que la tecnología SPT sea competitiva es esencial aumentar la eficiencia global y reducir el daño de los diferentes elementos en condiciones reales de trabajo, especialmente en el receptor debido a la alta densidad de energía intercambiada y a las duras condiciones de trabajo.In order for SPT technology to be competitive, it is essential to increase the overall efficiency and reduce the damage of the different elements in real working conditions, especially in the receiver due to the high density of energy exchanged and the hard working conditions.
La actual tecnología de SPT ha presentado dificultades técnicas y económicas. Estas han dado como resultado períodos de operación cortos, siendo difícil la implementación comercial de plantas de torre, las cuales requieren una larga vida útil (entre 20 y 25 años).The current SPT technology has presented technical and economic difficulties. These have resulted in short operating periods, the commercial implementation of tower plants being difficult, which require a long service life (between 20 and 25 years).
Los inconvenientes técnicos durante la operación de estas plantas están principalmente relacionados con la resistencia del material y el control de los estados transitorios (nubes pasajeras). Algunas de las dificultades técnicas que se encontraron fueron la aparición de grietas en las regiones críticas tales como en los tubos y las juntas de soldadura de los cabezales debido a altos gradientes térmicos, tensiones y corrosión.The technical inconveniences during the operation of these plants are mainly related to the resistance of the material and the control of the transient states (passing clouds). Some of the technical difficulties encountered were the appearance of cracks in critical regions such as in the pipes and weld joints of the heads due to high thermal gradients, stresses and corrosion.
En la actualidad, la radiación solar reflejada a un receptor por un campo de heliostatos produce un estado de trabajo con altas temperaturas y por lo tanto altas pérdidas deAt present, solar radiation reflected to a receiver by a field of heliostats produces a working state with high temperatures and therefore high losses of
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energía térmica en el medio ambiente y daños en la estructura debido a las altas temperaturas de trabajo, la distribución no uniforme de la radiación solar, tensiones térmicas y efectos corrosivos sobre el material.thermal energy in the environment and damage to the structure due to high working temperatures, uneven distribution of solar radiation, thermal stresses and corrosive effects on the material.
Todos estos hechos dan lugar a ciertos problemas, que son principalmente:All these facts give rise to certain problems, which are mainly:
• La necesidad de materiales especiales que soporten altas temperaturas, pero son costosos.• The need for special materials that withstand high temperatures, but are expensive.
• Disminución de la proporción de concentrado, con la siguiente disminución de la eficiencia energética.• Decrease in the proportion of concentrate, with the following decrease in energy efficiency.
• Desenfoque de los helióstatos de modo que hay algunos puntos del objetivo que llegan a alcanzar una disminución de la eficiencia óptica de la planta solar.• Blur of heliostats so that there are some points of the objective that reach a decrease in the optical efficiency of the solar plant.
Por lo tanto, es necesario un receptor eficiente para la torre de energía solar que supere los inconvenientes de las tecnologías de torre de energía solar de la técnica anterior, siendo capaces de soportar altas temperaturas, reducir las pérdidas y aumentar la esperanza de vida, reducir los costes de mantenimiento y aumentando la eficiencia global de la planta.Therefore, an efficient receiver for the solar power tower that overcomes the disadvantages of prior art solar power tower technologies is necessary, being able to withstand high temperatures, reduce losses and increase life expectancy, reduce maintenance costs and increasing the overall efficiency of the plant.
Resumen de la invenciónSummary of the Invention
La invención presente proporciona una ventaja con respecto a las tecnologías actuales de SPT por medio de un receptor de torre de energía solar según lo establecido en la reivindicación 1 de la presente solicitud.The present invention provides an advantage over current SPT technologies by means of a solar power tower receiver as set forth in claim 1 of the present application.
La presente invención se refiere a un receptor para SPT que tiene conjuntos tubulares que comprenden a su vez un tubo interior y un tubo externo exterior y excéntrico al tubo interior, que proporciona un espacio anular entre el tubo interior y el tubo exterior. El tubo interior y el espacio anular están configurados para el flujo de un HTF.The present invention relates to a receiver for SPT having tubular assemblies which in turn comprise an inner tube and an outer outer tube and eccentric to the inner tube, which provides an annular space between the inner tube and the outer tube. The inner tube and the annular space are configured for the flow of an HTF.
Según la invención, un primer extremo del tubo interior está conectado a un primer colector, y un primer extremo del tubo exterior está conectado a un segundo colector, de tal manera que el primer colector y el segundo colector están dispuestos uno sobre el otro y ambos en el mismo lado del conjunto tubular. Además, un segundo extremo del tubo interior está conectado a un segundo extremo del tubo exterior por medio de un ensamble de bayoneta, que permite el flujo del HTF entre ambos tubos, y el HTF se calienta a lo largo del conjunto tubular por radiación solar.According to the invention, a first end of the inner tube is connected to a first manifold, and a first end of the outer tube is connected to a second manifold, such that the first manifold and the second manifold are arranged one above the other and both on the same side of the tubular assembly. In addition, a second end of the inner tube is connected to a second end of the outer tube by means of a bayonet assembly, which allows the flow of the HTF between both tubes, and the HTF is heated along the tubular assembly by solar radiation.
Con respecto a una realización preferida de la invención, el receptor tiene una pluralidad de conjuntos tubulares conectados al primer y segundo colectores como se ha descrito anteriormente, siendo calentado el HTF en cada conjunto tubular por radiación solar. De este modo, el receptor está formado por un número variable de conjuntos tubulares conectados en serie y/o en paralelo que interceptan la radiación solar reflejada por los heliostatos. Una pluralidad de conjuntos tubulares forma un conjunto, también llamado panel. Así, cuando el HTF fluye en paralelo por los conjuntos tubulares todos ellos forman parte del mismo conjunto o panel, sin embargo cuando el HTF fluye en serie por diferentes conjuntos se disponen en diferentes paneles. Cada panel tiene su propio primero y segundo colector.With respect to a preferred embodiment of the invention, the receiver has a plurality of tubular assemblies connected to the first and second collectors as described above, the HTF in each tubular assembly being heated by solar radiation. Thus, the receiver is formed by a variable number of tubular assemblies connected in series and / or in parallel that intercept the solar radiation reflected by the heliostats. A plurality of tubular assemblies forms a set, also called a panel. Thus, when the HTF flows in parallel through the tubular assemblies they all form part of the same assembly or panel, however when the HTF flows in series through different assemblies they are arranged in different panels. Each panel has its own first and second collector.
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Mediante esta configuración, el HTF entra en el receptor a través de uno de los colectores, fluye en paralelo por todos los conjuntos tubulares que forman el primer panel y sale a través del otro colector para pasar por el siguiente panel, en el cual se repite el proceso. El HTF fluye en serie por los diferentes paneles hasta el final del receptor.Through this configuration, the HTF enters the receiver through one of the collectors, flows in parallel through all the tubular assemblies that form the first panel and exits through the other collector to pass through the next panel, in which it is repeated the process. The HTF flows in series through the different panels to the end of the receiver.
La principal característica de este receptor es que ambos colectores se encuentran en el mismo lado de los conjuntos tubulares. El número de conjuntos tubulares en el receptor y la excentricidad de los tubos varían en función del diámetro del receptor, la radiación solar incidente y las características del ciclo de potencia.The main feature of this receiver is that both collectors are on the same side of the tubular assemblies. The number of tubular assemblies in the receiver and the eccentricity of the tubes vary depending on the diameter of the receiver, the incident solar radiation and the characteristics of the power cycle.
Por lo tanto, la invención presente utiliza conjuntos tubulares con tubo interior excéntrico y un tubo exterior de diferentes diámetros conectados a través de un empalme de bayoneta, o, en otras palabras, también llamado tubos de "bayoneta excéntrica". El empalme de bayoneta puede tener diferentes formas y dimensiones para reducir al mínimo la caída de la presión.Therefore, the present invention uses tubular assemblies with an eccentric inner tube and an outer tube of different diameters connected through a bayonet joint, or, in other words, also called "eccentric bayonet" tubes. The bayonet joint can have different shapes and dimensions to minimize the pressure drop.
Estos conjuntos tubulares pueden colocarse en posición vertical u horizontal en el receptor situado en las torres de energía solar.These tubular assemblies can be placed vertically or horizontally in the receiver located in the solar power towers.
El uso de estos tubos de “bayoneta excéntrica” homogeneiza las temperaturas y reduce las temperaturas a lo largo de las paredes del receptor, reduciendo el riesgo de la corrosión térmica y mejorando el comportamiento del receptor ante estados transitorios. Por otra parte, los tubos de “bayoneta excéntrica” llevarían a un aumento del coeficiente de convección en zonas elegidas de la parte interna de los tubos manteniendo la caída de presión o incluso reduciéndola.The use of these "eccentric bayonet" tubes homogenizes the temperatures and reduces the temperatures along the walls of the receiver, reducing the risk of thermal corrosion and improving the behavior of the receiver before transient states. On the other hand, the "eccentric bayonet" tubes would lead to an increase in the convection coefficient in selected areas of the inner part of the tubes while maintaining the pressure drop or even reducing it.
Esta configuración de receptor de “bayoneta excéntrica” proporciona la operación más eficiente y segura y también tiene un grado extra de libertad (la excentricidad) en su configuración. Esto es una mejora comparada con el rendimiento de tubos planos o tubos de bayoneta estándar (es decir, no excéntrico).This "eccentric bayonet" receiver configuration provides the most efficient and safe operation and also has an extra degree of freedom (eccentricity) in its configuration. This is an improvement compared to the performance of flat tubes or standard bayonet tubes (ie, not eccentric).
Las ventajas adicionales de la presente invención son las siguientes:Additional advantages of the present invention are the following:
- Aumento del coeficiente de transferencia de calor global y, lo que es más importante, el aumento del coeficiente de transferencia de calor local en las zonas en que la separación entre tubos es máxima.- Increase in the global heat transfer coefficient and, more importantly, the increase in the local heat transfer coefficient in areas where the separation between pipes is maximum.
-La zona de mayor coeficiente de transferencia de calor debe coincidir con la región frontal, más irradiada por los heliostatos, reduciendo la temperatura frontal de la pared del tubo.-The area with the highest heat transfer coefficient should coincide with the frontal region, more irradiated by heliostats, reducing the frontal temperature of the tube wall.
-Incremento de la homogeneidad de la temperatura en el receptor, sin reducir la radiación solar incidente.-Increase the homogeneity of the temperature in the receiver, without reducing the incident solar radiation.
- La reducción de la temperatura de la pared exterior también reduce las pérdidas térmicas sin reducir la temperatura global del fluido de transferencia de calor.- Reducing the temperature of the outer wall also reduces thermal losses without reducing the overall temperature of the heat transfer fluid.
-Aumento de la eficacia, lo que permite disminuir el número de tubos en el receptor o el número de heliostatos en el campo.-Increase in efficiency, which allows reducing the number of tubes in the receiver or the number of heliostats in the field.
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-Reducción de las temperaturas y tensiones mecánicas lo que hace posible el uso de materiales más baratos en la construcción del receptor.-Reduction of temperatures and mechanical stresses which makes it possible to use cheaper materials in the construction of the receiver.
Por lo tanto, el presente receptor supera el problema del receptor convencional de bajos coeficientes de transferencia de calor. Este receptor, objeto de la presente invención, aumenta el coeficiente global de transferencia de calor y adicionalmente la excentricidad permite aumentar el coeficiente local de transferencia de calor en la zona frontal de los tubos donde la radiación solar es más alta.Therefore, the present receiver overcomes the problem of the conventional receiver of low heat transfer coefficients. This receiver, object of the present invention, increases the overall heat transfer coefficient and additionally the eccentricity allows to increase the local heat transfer coefficient in the front zone of the tubes where the solar radiation is highest.
El presente receptor soluciona muchos problemas presentados en receptores convencionales. El diseño de los tubos de "bayoneta excéntrica” en el receptor puede homogeneizar la temperatura del receptor, reduciendo el estrés térmico y la temperatura de la pared y aumento de la eficiencia térmica. Esto crea la posibilidad de utilizar materiales adecuados para temperaturas más bajas y, al mismo tiempo, reducir sus costes de construcción y mantenimiento.The present receiver solves many problems presented in conventional receivers. The design of the "eccentric bayonet" tubes in the receiver can homogenize the temperature of the receiver, reducing thermal stress and wall temperature and increasing thermal efficiency. This creates the possibility of using suitable materials for lower temperatures and At the same time, reduce your construction and maintenance costs.
Con respecto a una realización particular del receptor, cada conjunto tubular tiene un revestimiento que cubre el tubo exterior, que está hecho de un material selectivo estable en el intervalo de temperatura de 300-800°C. En ausencia de materiales selectivos, este revestimiento debe tener una mayor absorción como sea posible, siendo uno de los materiales preferibles el Black Pyromark®.With respect to a particular embodiment of the receiver, each tubular assembly has a liner that covers the outer tube, which is made of a stable selective material in the temperature range of 300-800 ° C. In the absence of selective materials, this coating should have as much absorption as possible, with Black Pyromark® being one of the preferable materials.
Con referencia a una realización particular de la invención, el primer colector proporciona el flujo del HTF a los conjuntos tubulares y el segundo colector recoge el flujo del HTF de los conjuntos tubulares, de tal manera que la temperatura del HTF en el segundo colector es mayor que en el primer colector.With reference to a particular embodiment of the invention, the first collector provides the flow of HTF to the tubular assemblies and the second collector collects the flow of HTF from the tubular assemblies, such that the temperature of the HTF in the second collector is higher than in the first collector.
De acuerdo con una realización alternativa de la invención, es el segundo colector el que proporciona el flujo del HTF a los conjuntos tubulares mientras que el primer colector recoge el flujo del HTF de los conjuntos tubulares, de tal manera que la temperatura del HTF en el conjunto del primer colector es más alta que en el segundo colector.According to an alternative embodiment of the invention, it is the second collector that provides the flow of HTF to the tubular assemblies while the first collector collects the flow of HTF from the tubular assemblies, such that the temperature of the HTF in the The first collector set is higher than in the second collector.
Por lo tanto, en funcionamiento, la dirección del flujo del fluido de entrada y salida puede variar. El fluido frío puede ser bombeado al tubo interior que entra a través del primer colector o al espacio anular que fluye primero a través del segundo colector y el fluido caliente fluye a través del espacio anular que sale por el segundo colector o a través del tubo interior que sale por el primer colector, respectivamente. Además, hay que tener en cuenta que la parte frontal del conjunto tubular es la parte que está expuesta a la radiación solar, y esta parte frontal es la que tiene mayor separación entre el tubo interior y el tubo exterior.Therefore, in operation, the flow direction of the inlet and outlet fluid may vary. The cold fluid can be pumped to the inner tube that enters through the first manifold or to the annular space that first flows through the second manifold and the hot fluid flows through the annular space that exits through the second manifold or through the inner tube that leaves by the first collector, respectively. In addition, it should be taken into account that the front part of the tubular assembly is the part that is exposed to solar radiation, and it is this front part that has the greatest separation between the inner tube and the outer tube.
Las características, funciones y ventajas que se han discutido se pueden conseguir de forma independiente en diversas realizaciones o pueden combinarse en otras realizaciones, cuyos detalles se pueden ver con referencia a la siguiente descripción y dibujos.The features, functions and advantages that have been discussed can be achieved independently in various embodiments or can be combined in other embodiments, the details of which can be seen with reference to the following description and drawings.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
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A continuación, con el fin de facilitar la comprensión de esta descripción, de una manera ilustrativa más que limitativa, se hará una serie de realizaciones con referencia a una serie de figuras.Next, in order to facilitate the understanding of this description, in an illustrative rather than limiting manner, a series of embodiments will be made with reference to a series of figures.
La figura 1 muestra una vista plana de una realización del receptor de la presente invención, en la que el tubo interior es la salida del HTF caliente y el tubo exterior es la entrada del HTF fría.Figure 1 shows a plan view of an embodiment of the receiver of the present invention, in which the inner tube is the hot HTF outlet and the outer tube is the cold HTF inlet.
La figura 2 muestra una vista en sección frontal del receptor de la figura 1 en la que el tubo interior es la salida del HTF caliente y el tubo exterior es la entrada del HTF fría.Figure 2 shows a front sectional view of the receiver of Figure 1 in which the inner tube is the hot HTF outlet and the outer tube is the cold HTF inlet.
La figura 3 muestra una vista en sección lateral del receptor de las figuras 1-2 en la que el tubo interior es la salida del HTF caliente y el tubo exterior es la entrada del HTF fría.Figure 3 shows a side sectional view of the receiver of Figures 1-2 in which the inner tube is the hot HTF outlet and the outer tube is the cold HTF inlet.
La figura 4 muestra una vista plana de una realización alternativa del receptor de la presente invención, en la que el tubo interior es la entrada del HTF fría y el tubo exterior es la salida del HTF caliente.Figure 4 shows a plan view of an alternative embodiment of the receiver of the present invention, in which the inner tube is the cold HTF inlet and the outer tube is the hot HTF outlet.
La figura 5 muestra una vista en sección frontal del receptor de la figura 4 en la que el tubo interior es la entrada del HTF fría y el tubo exterior es la salida del HTF caliente.Figure 5 shows a front sectional view of the receiver of Figure 4 in which the inner tube is the cold HTF inlet and the outer tube is the hot HTF outlet.
La figura 6 muestra una vista en sección lateral del receptor de las figuras 4-5 en la que el tubo interior es la entrada del HTF fría y el tubo exterior es la salida del HTF caliente.Figure 6 shows a side sectional view of the receiver of Figures 4-5 in which the inner tube is the cold HTF inlet and the outer tube is the hot HTF outlet.
La Figura 7 muestra una vista frontal de una realización de un receptor de la presente invención que incluye cuatro conjuntos tubulares y dos colectores situados en la parte inferior del receptor, en el que el tubo interno es la salida del fluido HTF y el tubo exterior es la entrada de la HTF fría.Figure 7 shows a front view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes four tubular assemblies and two manifolds located at the bottom of the receiver, in which the inner tube is the outlet of the HTF fluid and the outer tube is the entrance of the cold HTF.
La figura 8 muestra una vista frontal de una realización de un receptor de la presente invención que incluye cuatro conjuntos tubulares y dos colectores situados en el fondo del receptor, en el que el tubo interior es la entrada del HTF fría y el tubo exterior es la salida de la HTF caliente.Figure 8 shows a front view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes four tubular assemblies and two collectors located at the bottom of the receiver, in which the inner tube is the cold HTF inlet and the outer tube is the Hot HTF output.
La Figura 9 muestra una vista frontal de una realización de un receptor de la presente invención que incluye cuatro conjuntos tubulares y dos colectores situados en la parte superior del receptor, en los que el tubo interior es la salida del HTF caliente y el tubo exterior es la entrada de la HTF fría.Figure 9 shows a front view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes four tubular assemblies and two collectors located at the top of the receiver, in which the inner tube is the hot HTF outlet and the outer tube is the entrance of the cold HTF.
La figura 10 muestra una vista frontal de una realización de un receptor de la presente invención que incluye cuatro conjuntos tubulares y dos colectores situados en la parte superior del receptor, en el que el tubo interior es la entrada del HTF fría y el tubo exterior es la salida de la HTF caliente.Figure 10 shows a front view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes four tubular assemblies and two manifolds located at the top of the receiver, in which the inner tube is the cold HTF inlet and the outer tube is Hot HTF output.
La figura 11 muestra una vista en perspectiva de una realización de un receptor de la presente invención que incluye tres conjuntos tubulares y dos colectores situados en la parte inferior del receptor.Figure 11 shows a perspective view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes three tubular assemblies and two manifolds located at the bottom of the receiver.
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La Figura 12 muestra una vista en perspectiva de una realización de un receptor de la presente invención que incluye tres conjuntos tubulares y dos colectores situados en la parte superior del receptor.Figure 12 shows a perspective view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes three tubular assemblies and two manifolds located at the top of the receiver.
La figura 13 muestra una vista en perspectiva de una realización de un receptor de la presente invención que incluye dos grupos de cuatro conjuntos tubulares y dos grupos de dos colectores, estos conjuntos llamados paneles ubicados en la parte superior del receptor conectado en serie.Figure 13 shows a perspective view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes two groups of four tubular assemblies and two groups of two collectors, these assemblies called panels located at the top of the receiver connected in series.
La figura 14 muestra una vista en perspectiva de una realización cilíndrica de un receptor de la presente invención que incluye cierto número de paneles cuyos colectores están situados en la parte superior del receptor.Figure 14 shows a perspective view of a cylindrical embodiment of a receiver of the present invention that includes a number of panels whose collectors are located at the top of the receiver.
Estas figuras se refieren al siguiente conjunto de elementos:These figures refer to the following set of elements:
1. conjuntos tubulares del receptor1. tubular receiver sets
2. tubo interior del conjunto tubular2. inner tube of the tubular assembly
3. tubo exterior del conjunto tubular3. outer tube of the tubular assembly
4. primer colector4. first collector
5. segundo colector5. second collector
6. primer extremo del tubo interior6. first end of inner tube
7. primer extremo del tubo exterior7. first end of outer tube
8. segundo extremo del tubo interior8. second end of the inner tube
9. segundo extremo del tubo exterior9. second end of the outer tube
10. ensamble de bayoneta10. bayonet assembly
11. radiación solar.11. solar radiation.
12. fluido de transferencia de calor caliente12. hot heat transfer fluid
13. fluido de transferencia de calor frío13. cold heat transfer fluid
14. revestimiento del tubo exterior14. outer tube lining
15. panel15. panel
Descripción de realizacionesDescription of realizations
La presente divulgación se refiere a un receptor para Torre de Energía Solar (SPT).The present disclosure refers to a receiver for Solar Energy Tower (SPT).
Como puede verse en las figuras, el receptor tiene al menos un conjunto 1 tubular que comprende a su vez un tubo 2 interior y un tubo 3 externo exterior y excéntrico al tubo 2 interior, proporcionando un espacio anular entre el tubo 2 interior y el tubo 3 exterior.As can be seen in the figures, the receiver has at least one tubular assembly 1 which in turn comprises an inner tube 2 and an outer outer tube 3 and eccentric to the inner tube 2, providing an annular space between the inner tube 2 and the tube 3 outside.
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El tubo 2 interior y el espacio anular están configurados para el flujo de un Fluido de Transferencia de Calor (HTF).The inner tube 2 and the annular space are configured for the flow of a Heat Transfer Fluid (HTF).
Un primer extremo del tubo 6 interior está conectado a un primer colector 4 y un primer extremo del tubo 7 exterior está conectado a un segundo colector 5. El primer colector 4 y el segundo colector 5 están dispuestos uno sobre el otro y ambos están dispuestos en el mismo lado del conjunto 1 tubular.A first end of the inner tube 6 is connected to a first manifold 4 and a first end of the outer tube 7 is connected to a second manifold 5. The first manifold 4 and the second manifold 5 are arranged one above the other and both are arranged in the same side of the tubular assembly 1.
Adicionalmente, un segundo extremo del tubo 8 interior está conectado a un segundo extremo del tubo 9 exterior por medio de un ensamble 10 de bayoneta que permite el flujo del HTF entre ambos tubos 2, 3, tal como el HTF se calienta a lo largo del conjunto 1 tubular por radiación solar.Additionally, a second end of the inner tube 8 is connected to a second end of the outer tube 9 by means of a bayonet assembly 10 that allows the flow of the HTF between both tubes 2, 3, just as the HTF is heated along the 1 tubular set by solar radiation.
Las figuras 2-3 y 5-6 representan esquemáticamente la vista en sección del conjunto 1 tubular que termina en uno de sus lados con un ensamble 10 de bayoneta que conecta el tubo 8 interior y el tubo 9 exterior. Este ensamble 10 de bayoneta se representa de forma esquemática puesto que hay diferentes configuraciones que minimizan las pérdidas de presión del conjunto 1 tubular.Figures 2-3 and 5-6 schematically represent the sectional view of the tubular assembly 1 that ends on one of its sides with a bayonet assembly 10 that connects the inner tube 8 and the outer tube 9. This bayonet assembly 10 is schematically represented since there are different configurations that minimize the pressure losses of the tubular assembly 1.
Las figuras 1-6 muestran la parte frontal del conjunto tubular, que es la parte por donde está expuesto a la radiación 11 solar, y esta parte frontal es aquella con mayor separación entre el tubo 2 interior y el tubo 3 exterior.Figures 1-6 show the front part of the tubular assembly, which is the part where it is exposed to solar radiation 11, and this front part is the one with the greatest separation between the inner tube 2 and the outer tube 3.
Con respecto a realizaciones preferidas de la invención, el receptor tiene una pluralidad de conjuntos 1 tubulares conectados al primero y segundo colectores 4 y 5 como se ha descrito anteriormente,. En cada conjunto 1 tubular el HTF se calienta por radiación solar. Las figuras 7-14 muestran varias realizaciones del receptor, denominadas paneles 15 que incluyen una pluralidad de conjuntos 1 tubulares.With respect to preferred embodiments of the invention, the receiver has a plurality of tubular assemblies 1 connected to the first and second manifolds 4 and 5 as described above. In each tubular set 1 the HTF is heated by solar radiation. Figures 7-14 show various embodiments of the receiver, called panels 15 that include a plurality of tubular assemblies 1.
Con respecto a una realización particular de la invención, cada conjunto 1 tubular comprende un recubrimiento 14 que cubre el tubo 2 exterior, hecho este revestimiento 14 de un material selectivo que tiene una elevada capacidad de absorción solar y una baja emisividad solar. Preferiblemente, el material tendrá una absortividad solar del 80% y será estable en el intervalo de temperatura de 300-800°C. En ausencia de materiales selectivos, este revestimiento debe tener una alta capacidad de absorción, uno de los materiales preferibles puede ser Black Pyromark.With respect to a particular embodiment of the invention, each tubular assembly 1 comprises a coating 14 covering the outer tube 2, made this coating 14 of a selective material having a high solar absorption capacity and a low solar emissivity. Preferably, the material will have a solar absorptivity of 80% and will be stable in the temperature range of 300-800 ° C. In the absence of selective materials, this coating must have a high absorption capacity, one of the preferable materials may be Black Pyromark.
Dependiendo de la dirección de circulación del fluido de transferencia de calor a lo largo del tubo 2 interior y el tubo 3 exterior de los conjuntos 1 tubulares, habrá diferentes configuraciones de trabajo y diferentes realizaciones.Depending on the direction of circulation of the heat transfer fluid along the inner tube 2 and the outer tube 3 of the tubular assemblies 1, there will be different work configurations and different embodiments.
Con referencia a una realización particular de la invención, el primer colector 4 proporciona el flujo del HTF a los conjuntos 1 tubulares y el segundo colector 5 recoge el flujo del HTF de los conjuntos 1 tubulares, de tal manera que la temperatura del conjunto HTF en el segundo colector 5 es mayor que en el primer colector 4. En esta realización, el tubo 2 interior es la entrada 13 del HTF fría y el tubo 3 externo es la salida 12 del HTF caliente.With reference to a particular embodiment of the invention, the first manifold 4 provides the flow of HTF to the tubular assemblies 1 and the second manifold 5 collects the HTF flow of the tubular assemblies 1, such that the temperature of the HTF assembly in the second manifold 5 is larger than in the first manifold 4. In this embodiment, the inner tube 2 is the inlet 13 of the cold HTF and the outer tube 3 is the outlet 12 of the hot HTF.
Las Figuras 1-3, 7, 9 muestran diferentes vistas de una realización del receptor de la presente invención en la que el tubo 2 interior es la salida 12 del HTF caliente y el tubo 3 externo es la entrada 13 del HTF fría.Figures 1-3, 7, 9 show different views of an embodiment of the receiver of the present invention in which the inner tube 2 is the outlet 12 of the hot HTF and the outer tube 3 is the inlet 13 of the cold HTF.
De acuerdo con una realización alternativa de la invención, el segundo colector 5 que 5 proporciona el flujo del HTF a los conjuntos 1 tubulares mientras que el primer colector 4 recoge el flujo del HTF de los conjuntos 1 tubulares, de tal manera que la temperatura del HTF en el primer colector 4 es más alta que en el segundo colector 5. En esta realización el tubo 2 interior es la salida 12 del HTF caliente y el tubo exterior es la entrada 13 del HTF frío.According to an alternative embodiment of the invention, the second manifold 5 which 5 provides the flow of HTF to the tubular assemblies 1 while the first manifold 4 collects the HTF flow of the tubular assemblies 1, such that the temperature of the HTF in the first collector 4 is higher than in the second collector 5. In this embodiment the inner tube 2 is the outlet 12 of the hot HTF and the outer tube is the inlet 13 of the cold HTF.
10 Las figuras 4-6, 8, 10 muestran diferentes vistas de una realización del receptor de la presente invención en la que el tubo 2 interior es la entrada 13 del HTF fría y el tubo 3 exterior es la salida 12 del HTF caliente.10 Figures 4-6, 8, 10 show different views of an embodiment of the receiver of the present invention in which the inner tube 2 is the inlet 13 of the cold HTF and the outer tube 3 is the outlet 12 of the hot HTF.
La figura 13 muestra una vista en perspectiva de una realización de un receptor de la presente invención que incluye dos paneles 15, compuestos por cuatro conjuntos 1Figure 13 shows a perspective view of an embodiment of a receiver of the present invention that includes two panels 15, consisting of four sets 1
15 tubulares y dos colectores 4, 5 situados en la parte superior del receptor, conectados en serie.15 tubular and two manifolds 4, 5 located at the top of the receiver, connected in series.
La figura 14 muestra una vista en perspectiva de una realización cilíndrica de un receptor de la presente invención que incluye varios números de paneles 15, cada uno de dos colectores 4 y 5 y un número determinado de conjunto 1 de tubos.Figure 14 shows a perspective view of a cylindrical embodiment of a receiver of the present invention that includes several numbers of panels 15, each of two manifolds 4 and 5 and a determined number of tube assembly 1.
20 Sin embargo, una realización preferida de la invención es un receptor tubular cilíndrico que comprende una pluralidad de paneles 15 formados por conjuntos 1 tubulares con tubos de "bayoneta excéntrica" colocados en posición vertical y un primer colector 4 y un segundo colector 5 dispuestos en el fondo del receptor para permitir el drenaje del receptor por gravedad.However, a preferred embodiment of the invention is a cylindrical tubular receiver comprising a plurality of panels 15 formed by tubular assemblies 1 with "eccentric bayonet" tubes positioned vertically and a first manifold 4 and a second manifold 5 arranged in the bottom of the receiver to allow the receiver to drain by gravity.
25 Una vez que la invención se ha descrito claramente, se hace notar que las realizaciones particulares descritas anteriormente pueden ser objeto de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.Once the invention has been clearly described, it is noted that the particular embodiments described above may be subject to detailed modifications as long as they do not alter the fundamental principle and essence of the invention.
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