ES2622056T3 - Captador de flujo térmico - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos de intercambio (1) montados juntos longitudinalmente con el fin de crear una porción superficial delantera (4) que obstaculice un flujo térmico incidente y al menos un captador de flujo térmico (5) colocado en un soporte (12) situado entre dos tubos de intercambio (1) adyacentes, en el cual: - los dos tubos adyacentes (1) presentan cada uno, a nivel de su porción de unión, una ligera deformación local (11), con el fin de permitir el posicionamiento del soporte (12) de captador de flujo térmico (5) mediante la inserción entre los dos tubos; - el captador de flujo térmico (5) está montado de forma amovible en el indicado soporte (12), teniendo éste la forma de una envoltura hueca realizada de forma que pueda introducirse entre los dos tubos adyacentes (1), a la altura de las indicadas deformaciones locales (11); y caracterizado por que el soporte (12) del captador de flujo térmico (5) está soldado a al menos uno de los dos tubos (1) y está aplastado por el lado que debe colocarse en la parte delantera (4), con referencia al flujo térmico incidente, con el fin de poder ser introducido entre los dos tubos adyacentes (1) a la altura de las indicadas deformaciones locales (11).
Description
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DESCRIPCION
Captador de flujo termico Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere a un captador de flujo termico destinado para ser instalado en una porcion superficial de un intercambiador de calor, pudiendo el flujo termico ser conductivo, convectivo o radiativo. El captador de flujo termico genera una senal electrica proporcional al gradiente de temperatura generado por el flujo termico en el Captador. El flujo termico es entonces obtenido dividiendo la senal obtenida por una constante espedfica a cada captador (calibracion).
Estado de la tecnica
En las aplicaciones de caldera solar de concentracion, es conocido que la radiacion solar sea concentrada mediante espejos orientados segun la posicion del sol y siguiendo el desplazamiento de este. La concentracion solar puede asf alcanzar valores muy elevados, hasta 1000 veces, que resultan en flujos termicos muy elevados en los paneles receptores de la caldera solar. Estos paneles de intercambiador estan a menudo constituidos por un conjunto de tubos apilados longitudinalmente con el fin de crear una pared «estanca» al flujo luminoso incidente.
Por ejemplo, el documento WO 2010/094618 muestra un intercambiador denominado «drapeau», donde tubos adyacentes en forma de horquilla estan dispuestos juntos y fijados, en voladizo, por el mismo lado de los colectores de entrada y de salida.
El comportamiento mecanico de los elementos constitutivos de estos paneles receptores necesita limitar el valor de los flujos anteriormente citados, de una manera que sea compatible con los materiales utilizados en los paneles y con las propiedades de intercambio termico de estos.
Por consiguiente resulta util poder medir los flujos termicos durante el funcionamiento de la caldera solar. Captadores de flujo termico son asf utilizados a este efecto.
Actualmente, se utilizan dos tecnologfas para estos captadores de flujo:
- la primera tecnologfa es la denominada del tubo atravesante (como se ha representado en la figura 1). Los paneles receptores al estar constituidos por tubos 1 instalados juntos y formando una pared estanca a los rayos solares, un tubo suplementario 2 de pequeno diametro atraviesa el tubo de panel 1 segun su seccion y esta soldado a este con el fin de mantener un conjunto estanco y resistente a la presion de vapor de la caldera. La superficie delantera 4 del o de los tubos 1 es la expuesta al flujo termico mientras que la superficie posterior 3 es la opuesta a la superficie delantera 4. El captador de flujo se introduce por la superficie posterior 3 en el tubo atravesante 2, hasta alcanzar la superficie 4 expuesta a las radiaciones. Como se ha representado en la figura 2, el flujo termico se mide por el diferencial de temperatura entre la parte superior 6 del Captador 5 y el cuerpo 7 de este, siendo el mencionado cuerpo refrigerado por el fluido que circula por el tubo del intercambiador 1, mediante el contacto con el tubo atravesante 2;
- la segunda tecnologfa es una tecnologfa que utiliza termopares sumergidos en una recarga, como se ha representado en la figura 3. Dos termopares (no representados) estan instalados en la superficie del tubo 1 expuesta a la radiacion, en una deformacion local 8 del tubo. Esta deformacion se realiza en fno sin reduccion. Los termopares asf como sus cables de conexion son seguidamente cubiertos mediante una soldadura de relleno 9, reconstituyendo asf la superficie inicial del tubo 1.
En el primer caso, el tubo atravesante 2 induce tensiones locales 10 elevadas, como se ha representado en la figura 4, susceptibles de producir una degradacion del tubo y un riesgo de fuga con el tiempo.
En el segundo caso, un tramo de tubo debe ser trabajado en el taller y necesita dos soldaduras tubo-tubo en el panel de cada captador.
El documento US 3.724.267 describe un dispositivo de deteccion de flujo termico que comprende un captador situado entre dos tubos unidos longitudinalmente por una aleta. El captador esta provisto de dos termopares. La base del comprende partes que se extienden en porciones laterales de los tubos. La base del captador esta en contacto termico con la aleta.
El documento US 6.485.174 describe un dispositivo de deteccion de flujo termico que comprende un captador situado entre dos tubos unidos longitudinalmente por una membrana. El captador esta provisto de dos termopares. El captador se introduce por la parte posterior en la membrana. La medicion del flujo termico se determina por los dos termopares separados por una cierta distancia en el captador. La informacion dada por las mediciones de los termopares permite calcular el flujo termico.
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El documento US 2012/0067542 describe un dispositivo de medicion para un intercambiador de calor que comprende una serie de tubos unidos por membranas que presenta un lado de calentamiento y un lado de aislamiento. Un captador de flujo de calor que comprende dos captadores de temperatura esta dispuesto en una cavidad del tubo por el lado de calentamiento. Los dos captadores miden las temperaturas T1 y T2 cuya diferencia puede ser detectada. Un captador de temperatura para medir una temperatura T3 esta situado por el lado del aislamiento y a una cierta distancia del captador de flujo de calor.
El documento JP 2006-329640 describe un medidor de caudal de tipo termico equipado con un soporte de captador que comprende los captadores de temperatura situados cada uno en una envoltura cilmdrica soportada por una seccion intermedia seguida por una seccion de captador sensible a la temperatura. Estas dos ultimas secciones estan situadas dentro del caudal de fluido que circula por los tubos.
El documento WO 2010/100335 describe una disposicion que permite montar un sensor en una pared de un intercambiador termico, que esta formada por tubos de acero soldados los unos a los otros, formando placas de aletas entre los tubos una pared de membrana. La camara del captador y el canal conductor necesario para los hilos del captador estan situados por el lado de la caldera en un espesamiento de la pared del tubo de acero.
Fines de la invencion
La presente invencion trata de proporcionar un captador de flujo termico que permita salvar los inconvenientes del estado de la tecnica, a saber particularmente los relacionados con la tecnologfa del tubo atravesante o con la de los termopares sumergidos en una deformacion local del tubo intercambiador, con recarga de soldadura.
En particular, la invencion tiene por objeto proporcionar un captador de flujo termico no invasivo, que no necesite el mecanizado de los tubos, ni deformacion de los tubos con realizacion de soldaduras bajo presion.
La invencion tiene tambien por objeto proporcionar un soporte para captador de flujo termico economico y que permita una sustitucion sencilla del captador.
Principales elementos caracteristicos de la invencion
Un primer objeto de la presente invencion se refiere a un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos de intercambio montados juntos longitudinalmente con el fin de crear una porcion superficial delantera que obstaculice un flujo termico incidente y al menos un captador de flujo termico colocado en un soporte situado entre dos tubos de intercambio adyacentes, en el cual:
- los dos tubos adyacentes presentan cada uno, a nivel de su porcion de union, una ligera deformacion local, con el fin de permitir el posicionamiento del soporte de captador de flujo termico por insercion entre los dos tubos;
- el captador de flujo termico esta montado de forma amovible en el indicado soporte, teniendo este la forma de una envoltura hueca realizada con el fin de poder introducirse entre los dos tubos adyacentes, a la altura de las indicadas deformaciones locales;
y caracterizado por que el soporte del captador de flujo termico esta soldado a al menos uno de los dos tubos y esta aplastado por el lado delantero que debe situarse en la parte delantera, con referencia al flujo termico incidente, con el fin de poder ser introducido entre los dos tubos adyacentes a la altura de las indicadas deformaciones locales.
Segun formas de realizacion preferidas de la invencion, el intercambiador de calor comprende ademas una de las caractensticas siguientes o una combinacion apropiada de las caractensticas siguientes:
- el captador de flujo termico comprende una parte conica desmontable que se introduce por detras, con referencia al flujo termico incidente, y se rosca en el indicado soporte hacia adelante, asegurando asf el contacto termico entre el captador y el soporte;
- el captador de flujo termico comprende una punta delantera y un cuerpo donde seran respectivamente realizadas las mediciones de temperatura que permiten obtener una diferencia de temperatura para la medicion del flujo termico;
- la ligera deformacion local es una deformacion realizada con prensa.
Un segundo objeto de la presente invencion se refiere a una central solar de concentracion termodinamica que comprende una caldera provista de un intercambiador de calor como se ha descrito anteriormente.
Breve descripcion de las figuras
La figura 1 es una vista en perspectiva de un tubo de panel intercambiador equipado con un tubo atravesante destinado para la instalacion de un captador de flujo termico, segun el estado de la tecnica.
La figura 2 es una vista en seccion de un captador de flujo termico instalado segun la tecnolog^a del tubo atravesante de la figura 1.
La figura 3 representa esquematicamente la tecnologfa de instalacion de termopares en una deformacion local de un tubo intercambiador con recarga mediante soldadura, segun el estado de la tecnica.
5 La figura 4 muestra las tensiones locales resultantes de la utilizacion de la tecnologfa con tubo atravesante de la figura 1.
Las figuras 5A y 5B representan respectivamente una vista en seccion transversal y una vista en perspectiva de un captador de flujo termico en posicion en su soporte sobre los tubos intercambiadores segun una forma de realizacion particular de la presente invencion.
10 Descripcion de una forma de realizacion preferida de la invencion
La idea que constituye la base de la presente invencion consiste en instalar el captador de flujo termico entre dos tubos de panel de intercambio, sin romper la estanqueidad, sin realizacion de soldaduras bajo presion y con el mecanizado menor posible o de deformacion de los tubos. La invencion trata en particular de una aplicacion de intercambiador de calor donde los tubos de intercambio estan unidos, eventualmente con una ligera holgura, sin 15 aleta de union entre los tubos.
Para ello, como se ha representado en las figuras 5A y 5B para un ejemplo de modo de realizacion, se realizara una deformacion local 11 muy ligera de los dos tubos 1 con la prensa. Un soporte de captador 12, esencialmente en forma de un tubo aplastado por un lado, se instalara entonces entre los dos tubos de intercambio 1 y soldado a uno de los tubos de intercambio 1 con el fin de asegurar el mantenimiento del soporte pero tambien su buen enfriamiento 20 por el fluido que circula por el tubo de intercambio. El captador 5 se introducira en el soporte 12 por la parte posterior, con relacion al flujo solar incidente, y se rosca al soporte 12. El captador 5 comprende ventajosamente una parte conica (no representada) que se adapta al interior del soporte 12, materializando el contacto entre el 5 y el soporte 12 enfriado por el tubo 1 sobre el cual este ultimo esta soldado.
Como en las tecnologfas del estado de la tecnica, el flujo termico sera la imagen de la diferencia de temperatura 25 entre la punta del captador y el cuerpo de este, que se enfna por el fluido que circula por el tubo.
La solucion aportada por la presente invencion no es intrusiva, no crea ningun riesgo para el tubo y presenta la ventaja de no requerir soldadura bajo presion complementaria. Ademas, como en la solucion del tubo atravesante, el captador es desmontable por la parte posterior y puede facilmente ser sustituido.
Simbolos de referencia
30 1. tubo de intercambio
2. tubo atravesante, soporte captador de flujo termico
3. parte posterior del tubo de intercambio
4. parte delantera del tubo de intercambio
5. captador de flujo termico
35 6. punta del captador
7. cuerpo del captador
8. deformacion local de tubo
9. soldadura de recarga que contiene los termopares
10. tension local
40 11. deformacion/lisa en tubo de intercambio
12. soporte del captador.
Claims (5)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Intercambiador de calor que comprende una pluralidad de tubos de intercambio (1) montados juntos longitudinalmente con el fin de crear una porcion superficial delantera (4) que obstaculice un flujo termico incidente y al menos un captador de flujo termico (5) colocado en un soporte (12) situado entre dos tubos de intercambio (1) adyacentes, en el cual:- los dos tubos adyacentes (1) presentan cada uno, a nivel de su porcion de union, una ligera deformacion local (11), con el fin de permitir el posicionamiento del soporte (12) de captador de flujo termico (5) mediante la insercion entre los dos tubos;- el captador de flujo termico (5) esta montado de forma amovible en el indicado soporte (12), teniendo este la forma de una envoltura hueca realizada de forma que pueda introducirse entre los dos tubos adyacentes (1), a la altura de las indicadas deformaciones locales (11);y caracterizado por que el soporte (12) del captador de flujo termico (5) esta soldado a al menos uno de los dos tubos (1) y esta aplastado por el lado que debe colocarse en la parte delantera (4), con referencia al flujo termico incidente, con el fin de poder ser introducido entre los dos tubos adyacentes (1) a la altura de las indicadas deformaciones locales (11).
- 2. Intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el captador de flujo termico (5) comprende una parte conica desmontable que se introduce por detras (3), con referencia al flujo termino incidente, y se rosca en el indicado soporte (12) hacia la parte delantera (4), asegurando asf el contacto termico entre el captador (5) y el soporte (12).
- 3. Intercambiador de calor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el captador de flujo termico (5) comprende una punta delantera (6) y un cuerpo (7) donde seran respectivamente realizadas las mediciones de temperatura que permitan obtener una diferencia de temperatura para la medicion del flujo termico.
- 4. Intercambiador de calor segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la ligera deformacion local (11) es una deformacion realizada con prensa.
- 5. Central solar de concentracion termodinamica que comprende una caldera provista de un intercambiador de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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