OZAEZ MUÑOZ, Enmanuel (San Vicente, 8 - Edificio Albia II 2º, Bilbao, E-48001, ES)
ALGUACIL ALGARRADA, Mario (San Vicente, 8 - Edificio Albia II 2º, Bilbao, E-48001, ES)
OZAEZ MUÑOZ, Enmanuel (San Vicente, 8 - Edificio Albia II 2º, Bilbao, E-48001, ES)
| REIVINDICACIONES 1. Sistema de unión de un tubo metálico y un tubo de vidrio circundante en un tubo absorbedor de radiación solar, donde el tubo metálico (2) y el tubo de vidrio (3) están dispuestos concéntricamente de tal forma que entre los mismos se define una cámara anular de vacío (4), y que comprende un elemento de compensación (5) de diferencias de dilatación entre el tubo metálico (2) y el tubo de vidrio (3), dispuesto en una parte extrema (3a) del tubo de vidrio (3) y en una zona extrema (2a) del tubo metálico (2), caracterizado comprende una brida exterior (6) con una primera parte anular interna (6a) dimensionada para abrazar una primera zona perimetral de un engrosamiento extremo (3b) de la parte extrema (3a) del tubo de vidrio (3). y con una segunda parte anular interna (6b) unida a un casquillo metálico (7) que abraza la zona extrema (2a) del tubo metálico (2) y que presenta un acodamiento anular (7a) que abraza un borde trasero (3c) del engrosamiento extremo (3b) del tubo de vidrio (3); una brida interior (8), unida a la brida exterior (6) con una primera parte anular interior (8a) dimensionada para abrazar una segunda zona perimetral del engrosamiento extremo (3b) adyacente a dicha primera zona perimetral, y con una segunda parte anular interior (8b) dimensionada para entrar en una ranura perimetral (3d) en el engrosamiento extremo (3b) del tubo de vidrio (3); una junta tórica (9) termorresistente elástica, entre la segunda parte anular interna (6b) de la brida exterior (6) y una parte frontal (3e) del engrosamiento extremo (3b). 2. Sistema de unión, según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicha segunda parte anular interna (6b) de la brida exterior (6) está soldada a dicho casquillo metálico (7). 3. Sistema de unión, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la brida exterior (8) está soldada a la brida interior (8). 4. Sistema de unión, según la reivindicación 3, caracterizado porque la brida exterior (6) y la brida interior (8) comprenden bordes adyacentes (6c, 8c) con sendos entrantes achaflanados (5d, 7d) que conforman una hendidura anular. 5. Sistema de unión, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la junta tórica (9) es una junta metálica que comprende una estructura interior de acero inoxidable y una camisa de cobre, disponible bajo presión entre dicha segunda parte anular interna (6b) y dicha parte frontal (3e) del engrasamiento extremo (3b) del tubo de vidrio (3). 6. Sistema de unión, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la junta tórica (9) es una junta de metal de indio dopado, soldada a dicha segunda parte anular interna (6b) y a dicha parte frontal (3e) del engrasamiento extremo (3b) del tubo de vidrio (3). 7. Sistema de unión, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento de compensación (5) es un fuelle metálico que rodea el tramo extremo (2a) del tubo metálico (2) y comprende un primer extremo (5a) unido a la segunda parte anular interna (6b) de la brida exterior (6) y un segundo extremo (5b) unido a una brida de cierre (10) que abraza el tubo metálico (1 ), siendo el fuelle metálico (5) un fuelle de tipo exterior que trabaja a tracción. 8. Sistema, según la reivindicación 7, caracterizado porque el segundo extremo (5b) del fuelle metálico está unido a la brida de cierre (10) por soldadura o mediante tornillería. 9. Sistema, según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la brida de cierre (10) está unida al tubo metálico (2) mediante soldadura. 10. Sistema de unión, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fuelle metálico (5) está rodeado por un tubo protector (1 1 ) extemo unido al segundo extremo (5b) del fuelle metálico (5). 1 1 . Sistema de unión, según una de las reivindicaciones preferentes, caracterizado porque a la cara exterior del tubo de vidrio (3) se le somete a un tratamiento de pulido. 12. Tubo absorbedor de radiación solar, que comprende un tubo metálico (2) y un tubo de vidrio (3) dispuestos concéntricamente de tal forma que entre los mismos se define una cámara anular de vacío (4), y que comprende al menos un elemento de compensación (5) de diferencias de dilatación entre el tubo metálico (2) y el tubo de vidrio (3), dispuesto en una parte extrema (3a) del tubo de vidrio (3) y en una zona extrema (2a) del tubo metálico (2), caracterizado porque comprende en al menos uno de sus extremos un sistema de unión tal como el que se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 13. Tubo absorbedor de radiación solar, según la reivindicación 12, caracterizado porque la cara exterior (2b) del tubo metálico (2) está recubierta de un recubrimiento que no se degrada en ausencia de vacío a una temperatura inferior a 400BC. 14. Tubo absorbedor de radiación solar, según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la cara interior (3f) del tubo de vidrio (3) está recubierta de un recubrimiento antirreflectante. |
ABSORBEDOR PROVISTO DEL SISTEMA DE UNIÓN
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo técnico de los colectores cilindro parabólicos ("CCP") y, particularmente, en el sector de los tubos absorbedores de radiación solar dispuestos en las líneas focales de tales colectores, que reciben la radiación solar y la convierten en energía térmica que se traspasa a un fluido calorífico que fluye por estos tubos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En las plantas termo-solares, los colectores cilindro parabólicos forman un circuito en el que la radiación solar calienta un fluido calorífico que fluye por el circuito, habitualmente un aceite térmico, a unas temperaturas nominales de 290-39G-C, sin perjuicio de poder darse otros rangos de temperatura entre temperatura ambiente y 560 e C, para convertir la energía solar en energía térmica que luego es transformada en electricidad. Para recoger la radiación solar se emplean espejos de forma cilindro parabólico. En el foco de la parábola se sitúa un tubo absorbedor que recibe los rayos concentrados del sol, y que es el elemento encargado de convertir la energía solar concentrada en energía térmica cedida al fluido calo-portador.
El tubo absorbedor es uno de los elementos fundamentales de los colectores cilindro parabólicos ya que de él depende en gran medida su rendimiento global. Comprende básicamente dos tubos concéntricos, a saber, un tubo interior metálico, por ejemplo de acero, y un tubo exterior de vidrio, por ejemplo de borosilicato. Habitualmente, el tubo metálico lleva un recubrimiento selectivo, como por ejemplo de un material compuesto cermet que le proporciona una elevada absortividad (aprox. 94%) en el rango de la radiación solar y una baja emisividad en el espectro infrarrojo (aprox. 15%) que le proporcionan un elevado rendimiento térmico. El principal problema de la mayoría de los recubrimientos selectivos convencionales es que se degradan en contacto con el aire y/u otros gases cuando se encuentran operando a altas temperaturas. Esta degradación lleva a la pérdida irreversible de las propiedades de absortividad y emisividad, por lo que es necesaria la existencia de un alto vacío en la cámara anular localizada entre el tubo metálico interior y el tubo de vidrio exterior. Dadas las elevadas temperaturas del fluido transportador que fluye por el interior del tubo metálico durante el funcionamiento de los colectores, y dado que el tubo de vidrio está previsto para no alcanzar nunca más de 100 5 C, y dados los coeficientes de dilatación térmica distintos del metal y del vidrio, se producen variaciones de dilatación distintas en tubo de vidrio y en tubo metálico. Esto constituye un tradicional problema de los tubos absorbedores que basan la unión vidrio-metal en una soldadura de ambos materiales, pudiendo producirse roturas por efecto de la fatiga térmica y provocando la correspondiente pérdida de vacío.
Por otro lado, en ambos extremos del tubo absorbedor, existen fuelles metálicos unidos, por un extremo, al exterior del tubo de vidrio y, por el otro, al tubo metálico. En el interior del fuelle metálico que está dispuesto alrededor del tubo metálico, queda definido un espacio anular comunicado con la cámara de manera que éste también se encuentra en un estado de alto vacío.
La solicitud de patente DE-10231467-A1 describe un tubo absorbedor que presenta un tubo metálico interior rodeado tubo de vidrio exterior y un elemento de compensación de dilatación que comprende un fuelle metálico dispuesta parcialmente en la cámara anular entre los tubos exterior e interior y unida al tubo exterior por medio de un elemento conector con un tramo cónico o cilindrico que funciona como junta de compensación longitudinalmente desplazable. La desplazabilidad longitudinal de esta junta pone en cuestión la efectividad y durabilidad de tal junta de compensación.
La solicitud de patente WO 2009/121987-A1 hace referencia a una unión mecánica hermética entre un tubo de vidrio y un tubo de metal mediante una junta mecánica flexible de tipo HELICOFLEX situada entre una brida de vidrio y un conjunto de piezas metálicas para mantener estanca la cámara anular entre ambos tubos. La genericidad de lo descrito en este documento no permite dilucidar una estructura concreta de tal unión mecánica.
La solicitud de patente ES-2316321 -A1 describe un recubrimiento absorbente solar selectivo aplicable al tubo metálico interior del tubo absorbedor de un colector solar cilindro parabólico compuesto por capas de materiales dieléctricos, reflectantes, absorbentes y antirreflectantes, no describiéndose ninguna estructura de unión entre un tubo exterior de vidrio y el tubo interior metálico.
La solicitud de patente ES-328313-A1 describe un tubo absorbedor en el que las superficies interior y exterior el tubo metálico interior está recubiertas de respectivas capas de barrera sustancialmente impermeables la al hidrógeno y que contienen óxido de cromo. Este documento tampoco describe ninguna estructura de unión entre un tubo exterior de vidrio y el tubo interior metálico del tubo absorbedor.
Las patentes US-4151828-A, US-4231353-A y la solicitud de patente CN- 292441 describen diversos tipos de juntas de unión entre los tubos interior y exterior de tubos absorbedores en colectores solares térmicos.
Ninguno de los documentos del estado de la técnica describe un sistema de unión de un tubo metálico y un tubo de vidrio circundante en un tubo absorbedor de radiación solar que permita mantener de formar eficaz a la vez que prolongada un elevado vacío en la cámara anular entre el tubo metálico interior y el tubo de vidrio exterior del tubo absorbedor, lo cual constituye un grave inconveniente dado que la pérdida del vacío en la cámara anular lleva a la degradación anteriormente detallada y, por tanto, a la necesidad de reponer los tubos absorbedores dañados.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, por una parte, mediante un sistema de unión de un tubo metálico y un tubo de vidrio circundante en un tubo absorbedor de radiación solar, donde el tubo metálico y el tubo de vidrio están dispuestos concéntricamente de tal forma que entre los mismos se define una cámara anular de vacío, y que comprende un elemento de compensación de diferencias de dilatación entre el tubo metálico y el tubo de vidrio, dispuesto en una parte extrema del tubo de vidrio y en una zona extrema del tubo metálico, comprendiendo el sistema una brida exterior con una primera parte anular interna dimensionada para abrazar una primera zona perimetral de un engrosamiento extremo de la parte extrema del tubo de vidrio, y con una segunda parte anular interna unida a un casquillo metálico que abraza la zona extrema del tubo metálico y que presenta un acodamiento anular que abraza un borde trasero del engrosamiento extremo del tubo de vidrio;
una brida interior, unida a la brida exterior con una primera parte anular interior dimensionada para abrazar una segunda zona perimetral del engrosamiento extremo adyacente a dicha primera zona perimetral, y con una segunda parte anular interior dimensionada para entrar en una ranura perimetral en el engrosamiento extremo del tubo de vidrio;
una junta tórica termorresistente elástica, entre la segunda parte anular interna de la brida exterior y una parte frontal del engrosamiento extremo. De acuerdo con la invención, la segunda parte anular interna de la brida exterior puede estar soldada a dicho casquillo metálico, mientras que la brida exterior puede estar soldada a la brida interior, Convenientemente, cuando la brida exterior y la brida interior se unen mediante soldadura, éstas comprenden bordes adyacentes con sendos entrantes achaflanados que conforman una hendidura anular que cuya finalidad es aumentar la superficie para el material de aporte de la soldadura.
La junta tórica puede ser una junta metálica que comprende una estructura interior de acero inoxidable y una camisa de cobre, disponible bajo presión entre dicha segunda parte anular interna y la parte frontal del engrasamiento extremo del tubo de vidrio. Alternativamente, la junta tórica puede ser una junta de metal de indio dopado, soldada a dicha segunda parte anular interna y a la parte frontal de engrasamiento extremo del tubo de vidrio, ya que este material cuenta con la característica de que puede soldar materiales de coeficientes de dilatación o expansión térmica distintos y aporta la flexibilidad necesaria y mejora la resistencia a la fatiga térmica. Este tipo de juntas aseguran la estanqueidad de la cámara de vacío a la vez que son capaces de absorber las diferencias de dilatación térmica entre el tubo metálico y el tubo de vidrio.
En una realización preferente de la invención, el elemento de compensación es un fuelle metálico que rodea el tramo extremo del tubo metálico y comprende un primer extremo unido a la segunda parte anular interna de la brida exterior y un segundo extremo unido a una brida de cierre que abraza el tubo metálico. Este fuelle metálico es un fuelle de tipo exterior que trabaja a tracción, y puede estar unido por su segundo extremo a la brida de cierre por soldadura de fusión, sin aporte de material. Por otra parte, la brida de cierre puede estar unida al tubo metálico mediante un cordón de soldadura continuo. El fuelle metálico puede estar rodeado por un tubo protector externo unido al segundo extremo del fuelle metálico.
La invención también se refiere a un tubo absorbedor de radiación solar, que comprende un tubo metálico y un tubo de vidrio dispuestos concéntricamente de tal forma que entre los mismos se define una cámara anular de vacío, y que comprende al menos un elemento de compensación de diferencias de dilatación entre el tubo metálico y el tubo de vidrio, dispuesto en una parte extrema del tubo de vidrio y en una zona extrema del tubo metálico, caracterizándose el tubo absorbedor porque comprende en al menos uno de sus extremos un sistema de unión tal como el que se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes. En este tubo absorbedor la cara exterior del tubo metálico puede estar recubierta de un recubrimiento que no se degrada en ausencia de vacío a una temperatura inferior a 550 9 C, mientras que la cara interior del tubo de vidrio puede estar recubierta de un recubrimiento antirreflectante.
Hay que tener en cuenta que, con este recubrimiento selectivo, prácticamente no se degradan los tubos absorbedores cuando están en contacto con el aire y, por lo tanto, no es preciso mantener un elevado nivel de vacío, como en los tubos absorbedores convencionales. Esto lleva consigo que, se pueda operar a niveles de vacío no tan alto, sin que se degraden las propiedades térmicas idóneas de los tubos absorbedores. Esto también implica, que los tubos absorbedores si están en contacto con el aire, se puedan reparar in-situ ' .
De acuerdo con lo que se desprende de la anterior descripción, la presente invención supera los inconvenientes del estado de la técnica mediante un sistema de unión sencillo y eficaz.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos, en los que
la figura 1 es una vista esquemática en alzado lateral de un tubo absorbedor que comprende una realización del sistema de unión conforme a la presente invención;
la figura 2 es una vista horizontalmente seccionada en perspectiva de un extremo frontal del tubo mostrado en la figura 1 ;
la figura 3 es una vista verticalmente seccionada en perspectiva de un extremo frontal del tubo mostrado en la figura 1.
En estas figuras aparecen referencias numéricas que identifican los siguientes elementos:
1 tubo absorbedor
2 tubo metálico
2 ci tramo extremo del tubo metálico
2b cara exterior del tubo metálico
3 tubo de vidrio
3H parte extrema del tubo de vidrio
3b engrosamiento extremo del tubo de vidrio
3c borde trasero del tubo de vidrio
3d ranura perimetral tubo de vidrio 3e parte frontal tubo de vidrio
3f cara interior del tubo de vidrio
4 cámara anular de vacío
5 elemento de compensación de dilatación
5a primer extremo del elemento de compensación
5b segundo extremo del elemento de compensación
6 brida exterior
6a primera parte anular interna
6b segunda parte anular interna
6c borde
6d borde achaflanado
7 casquillo metálico
7a acodamiento anular
8 brida interior
8a primera parte anular interior
8b segunda parte anular interior
8c borde
8d entrante achaflanado
9 junta tórica
10 brida de cierre
1 1 tubo protector externo
12 oliva de extracción
13 indicador de vacío
MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN
Las figuras 1 a 3 ¡lustran una realización de un tubo absorbedor -1 - de radiación solar, con un tubo metálico -2- y un tubo de vidrio -3- de borosilicato circundante, dispuestos concéntricamente de tal forma que entre los mismos se define una cámara anular de vacío -4-. En los extremos del tubo absorbedor -1 - están dispuestos sendos fuelles metálicos -5- que compensan las diferencias de dilatación entre el tubo metálico -2- y el tubo de vidrio -3-, dispuestos respectivamente en una parte extrema -3a- del tubo de vidrio -3- y en una zona extrema -2a- del tubo metálico -2. La cara exterior -2b- del tubo metálico -2- está recubierta de un recubrimiento que no se degrada en ausencia de vacío a una temperatura inferior a 400-C. Por otra parte, la cara interior -3f- del tubo de vidrio -3- está recubierta de un recubrimiento antirreflectaníe. La parte extrema -3a- del tubo de vidrio abrazada por las bridas -6, 8- está pulida para asegurar la estanqueidad. El tubo de vidrio -3- está provisto de una oliva de extracción 12- en sí convencional, a través de la que se puede evacuar la cámara de vacío -4-. En el interior del tubo de vidrio -3- está dispuesto además un indicador de vacío -13- ("getter") en si convencional.
Con estos recubrimientos selectivos se obtiene un mayor durabilidad de estos tubos absorbedores porque no se degradan de una manera tan acusada al estar en contacto con el aire, como en el caso de los tubos absorbedores convencionales, lo que permite que se puedan reparar in-situ'.
El sistema de unión comprende una brida exterior -6- con una primera parte anular interna -6a- dimensionada para abrazar una primera zona perimetral de un engrasamiento extremo -3b- de la parte extrema -3a- del tubo de vidrio -3-, y con una segunda parte anular interna -6b- soldada a un casquillo metálico -7- que abraza la zona extrema -2a- del tubo metálico -2- y que presenta un acodamiento anular -7a- que abraza un borde trasero -3c- del engrasamiento extremo -3b- del tubo de vidrio -3- . A la brida exterior -6-, está soldada una brida interior con una primera parte anular interior -8a- dimensionada para abrazar una segunda zona perimetral del engrasamiento extremo -3b- adyacente a dicha primera zona perimetral, y con una segunda parte anular interior -8b- dimensionada para entrar en una ranura perimetral - 3d- en el engrasamiento extremo -3b- del tubo de vidrio -3-. La brida exterior -6- y la brida interior -8- comprenden bordes adyacentes -6c, 8c- con sendos entrantes achaflanados -5d, 7d- que conforman una hendidura anular que sirve para aumentar la superficie para el material de aporte de la soldadura. Las bridas -6, 8- y el casquillo metálico -7-pueden ser de acero tipo AICE 316. El casquillo metálico -7-tiene la función de proteger la junta -9- y las zonas cercanas a la misma de radiaciones procedentes del tubo metálico y de radiaciones solares concentradas procedentes del espejo parabólico.
Entre la segunda parte anular interna -6b- de la brida exterior -6- y una parte frontal -3e- del engrasamiento extremo -3b- del tubo de vidrio está aprisionada bajo presión una junta tórica metálica -9- elástica, que resiste temperaturas superiores a 400 S C y que comprende una estructura interior de acero inoxidable y una camisa de cobre. Juntas metálicas de este tipo son comercializadas por la firma estadounidense GARLOCK SEALING TECHNOLOGIES.
Como se puede observar, el fuelle metálico -5- comprende un primer extremo - 5a- soldado a la segunda parte anular interna -6b- de la brida exterior -6- y un segundo extremo -5b- soldado por fusión, sin aporte de material, a una brida de cierre -10- y que abraza el tubo metálico La brida de cierre -10-, que también puede estar hecha de acero AICE 316, cierra el conjunto de vacío. El fuelle metálico -5- es un fuelle de tipo exterior que trabaja a tracción. La brida de cierre -10- está unida al tubo metálico -2- mediante un cordón de soldadura continuo. Además, el fuelle metálico -5- está rodeado por un tubo protector -1 1 - extemo unido al segundo extremo -5b- del fuelle metálico -5-. La función del tubo protector -1 1 -, que puede estar fabricado de una chapa de acero inoxidable de un espesor muy reducido, es evitar que llegue luz solar concentrada procedente del espejo parabólico a la zona del fuelle metálico -5-, e impedir la entrada de suciedad en la zona del fuelle -5-. En su extremo, el tubo protector -1 1 - puede estar dotado de unos pequeños orificios de ventilación (no mostrados en las figuras) que favorecen la circulación de aire para refrigerar la zona en la que encuentra el fuelle metálico -5-.
El fuelle metálico -5- está diseñado para absorber las diferencias de las dilataciones entre el tubo de vidrio -3- y el tubo metálico -2-, cuando el tubo metálico - 2- pasa, al ponerse en funcionamiento del tubo absorbedor -1 -, desde temperatura ambiente hasta unos 400 9 C. Asimismo, el fuelle metálico -5- está diseñado para soportar, en conjunto con el fuelle que se encuentra en el otro extremo del tubo absorbedor -1 -, el peso total del tubo de vidrio -3-.
Esta unión descrita, se favorece mediante el tratamiento de pulido que se somete a la cara externa del tubo de vidrio, para obtener una estanqueidad eficaz en la unión con las bridas y la junta.