ES2360326A1 - Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable. - Google Patents

Abstract

Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable de los utilizados en tubos de vacío de receptor solar que comprende una serie de pastillas de material getter no evaporable que tienen una geometría en forma de prisma con las esquinas redondeadas y están taladradas por su centro y enlazadas por un cable terminado en un cierre rápido que permite automatizar su montaje. Este sistema se ubica a continuación del dispositivo compensador de expansión en forma de fuelle en dirección longitudinal, no radial, y en el hueco definido por el vaso que es la pieza de interfase entre el tubo absorbedor y el dispositivo compensador de expansión. Se coloca un sistema de getter en cada uno de los dos extremos del tubo receptor mediante disposición radial, logrando así tener un tubo receptor de geometría totalmente simétrica.

Description

Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable.

Sector técnico de la invención

La presente invención describe un sistema de afinador de vacío o getter no evaporable para tubos receptores de energía solar.

Antecedentes de la invención

Los getters son materiales sólidos, aleaciones de diferentes metales, capaces de absorber químicamente moléculas de gas en su superficie. Son ampliamente usados para una variedad de aplicaciones como en aceleradores de partículas, tubos de vacío, sistemas de purificación de gas inerte, etcétera.

El getter no evaporable de la invención será utilizado en un tubo de vacío de los que se emplean como receptores solares. En general, estos receptores constan de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera el vacío. El tubo interior, por el que circula el fluido que se calienta, es metálico y el tubo exterior es de vidrio, habitualmente de borosilicato.

Entre ambos tubos se coloca un dispositivo compensador de expansión en forma de fuelle, de manera que permite el movimiento relativo entre el tubo absorbente y de vidrio, absorbiendo las tensiones que se crearían por la diferencia existente entre los coeficientes de dilatación de ambos y garantizando así el vacío.

Además del dispositivo compensador de expansión, este tipo de tubos requiere la instalación de materiales que detecten y supriman las moléculas de hidrógeno que pueden introducirse en la zona del vacío. Estas moléculas se producen por la degeneración térmica que sufre el aceite que se utiliza como fluido caloportador y que circula por el interior del tubo metálico, debido a las altas temperaturas que alcanza.

Estas moléculas acaban pasando a través del tubo metálico y entrando en la zona de vacío, aumentando las pérdidas térmicas y, en consecuencia, disminuyendo de manera importante la eficiencia del sistema.

Es por eso que siempre se instalan aleaciones del tipo getter no evaporable en la zona de vacío para que, en el caso de que haya alguna molécula de H_{2}, sea captada por la superficie de este material.

En los desarrollos conocidos hasta el momento existen diferentes diseños de getter no evaporables que se ubican en distintas localizaciones dentro de la zona de vacío.

Un ejemplo se encuentra en la patente US 2007/
0034204 A1 de SCHOTT. En este documento un getter no evaporable está dispuesto en un espacio anular exterior entre el dispositivo compensador de expansión y el elemento de transición vidrio-metal.

El getter es protegido de la radiación solar incidente por el elemento de transición vidrio-metal y de la radiación reflejada, por el dispositivo compensador de expansión.

Así pues, queda una estructura que radialmente, de dentro a fuera, está compuesta por el tubo de metal, elemento de conexión, dispositivo compensador de expansión, getter no evaporable, elemento de transición vidrio-metal y tubo de vidrio.

Esta disposición tiene una serie de inconvenientes como son: aumento del diámetro mínimo necesario de tubo de vidrio para albergar todos esos elementos en su interior, someter al getter a los esfuerzos mecánicos que sufre el fuelle de compensación de expansión, necesidad de introducir las pastillas redondas de getter en una vaina y con una malla protectora que roza con el dispositivo de compensación de expansión y, en el caso de necesitar más cantidad de material para aumentar la absorción, no queda más remedio que aumentar el tamaño o el número de las pastillas de getter, lo que implica aumentar diámetro del tubo de vidrio. Además, como sólo se instala en uno de los dos extremos del tubo, supone que el tubo tenga distinta geometría a ambos lados. Por todo ello, el montaje es muy artesanal y no hay forma de automatizarlo pues, además las pastillas que forman el getter son finas y muy frágiles.

Así pues, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un diseño para el getter no evaporable de los tubos absorbedores que solvente todos esos inconvenientes sin disminuir la eficiencia del sistema.

Descripción de la invención

La invención consiste en un sistema de getter no evaporable para la absorción del hidrógeno que podría producirse en la zona de vacío de un tubo absorbedor de energía solar.

La función del getter no evaporable, a pesar de su importancia, no ha de interferir con el principal propósito del tubo receptor que es la de maximizar su rendimiento térmico. Su disposición ha de permitir esta situación sin comprometer su función de garantizar el correcto envejecimiento del producto.

Como se ha comentado anteriormente, su colocación en el estado de la técnica, originaba una geometría de carcasa diferente en uno de los dos extremos para poder alojarlo, que a su vez condicionaba el valor del diámetro del cilindro de vidrio o boro-silicato.

Para solventar los problemas encontrados en el estado de la técnica conocido, se han desarrollado nuevas propuestas de diseño vinculadas a la geometría y disposición del conjunto getters no evaporables.

Conocidas las necesidades en cuanto a la cantidad de materia de getter para tubos de 4 m. de longitud y una vida media de 25 años de planta, si esta cantidad se reparte entre los dos extremos del tubo, mediante disposición radial, ya no es necesario recurrir a su disposición en una parte exterior del tubo receptor, pues geometrías toroidales de menor diámetro darían una cantidad equivalente, al colocarlo en ambos extremos. De esta forma se puede optimizar un espacio que de otra forma se perdería al no utilizar más que un lado del tubo receptor para ubicarlos.

Con respecto a la geometría, el sistema de getters de la invención se forma a base de pastillas de forma cuadrada con los bordes redondeados y con un taladro central, unidas todas ellas por un cable que se introduce por dichos taladros. Con esta composición se evita el tener que disponer de una vaina y una malla protectora en la que se albergan las pastillas, como ocurre en el estado de la técnica.

En cuanto a su disposición en el tubo, como propuesta se asume la posibilidad de colocar los getters no evaporables en la zona interior del vaso soporte del dispositivo compensador de expansión, es decir, a continuación del fuelle en dirección axial.

Además, en esa ubicación, el diámetro del anillo de getters será menor. La menor cuerda donde se disponen las pastillas se compensa con la utilización de los dos extremos del tubo de tal forma que se garantice una masa de getter no evaporable suficiente y se consiga simetría en el tubo, pues los dos extremos serán idénticos.

Esta simetría (no existente en las soluciones actuales) supone una ventaja térmica y de fabricación, gracias a la unificación de componentes y debido a que permite la optimización del tubo (se utiliza el hueco del vaso a ambos lados del tubo y no sólo en uno como en la solución actual).

Esta nueva disposición también implica que si se quiere aumentar la cantidad de getter no se requiere más que aumentar el ancho de las pastillas, pues en ese sentido hay espacio de sobra, sin necesidad de aumentar el diámetro del tubo de vidrio para añadir más pastillas, lo que supone un ahorro de costes y mayor eficiencia al no aumentar las pérdidas.

En cuanto al cierre del cable que une todas las pastillas, se proponen varias posibilidades y todas ellas permiten automatizar el proceso. Estas soluciones se describirán más adelante, en la descripción detallada de la invención.

Descripción de los dibujos

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

Figura 1. Pastilla getter no evaporable

Figura 2. Cable de unión de pastillas con el cierre rápido 2

Figura 3: Conjunto de getters no evaporables enlazados con el cable

Figura 4: Disposición del getter no evaporable en el tubo receptor

Figura 5: Vista en perspectiva del conjunto

Figura 6: Vista en planta del conjunto

Figuras 7-12: Cierre rápido 1. Vistas del cierre y vistas del conjunto

Figuras 13-15: Cierre rápido 3. Vistas del cierre y vistas del conjunto

Figuras 16-18: Cierre rápido 4. Vistas del cierre y vistas del conjunto

Figura 19: Pinzas de sujeción

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el nuevo diseño de getter no evaporable según una realización preferente.

La idea a la hora de modificar este conjunto comienza con la idea de agujerear las pastillas (1), como se ve en la figura 1, para poder colocar un cable metálico (2) en su interior que sirva de guía, tal y como el que muestra la figura 2, con un cierre rápido que puede ser de varios tipos (3', 3'', 3''', 3^{iv}) que se detallarán más adelante. Así se permite la formación de un único conjunto, tal y como se ve en la figura 3. De esta manera se evita el tener que ir introduciendo las pastillas de getter en una vaina, como ocurría hasta ahora.

En la figura 4 se muestra la ubicación que toma el conjunto en el extremo del tubo receptor. En esta figura se distingue el conjunto formado por las pastillas (1), el tubo absorbedor metálico (4) dentro del cual circula el fluido caloportador, el tubo de vidrio (5), el dispositivo compensador de expansión o fuelle (6), el vaso (7), entendiendo por vaso la pieza interfase entre el tubo (4) y el compensador de expansión (6) y la tapa (8).

El hecho de colocar el conjunto de getters enlazados en una zona definida por el vaso (7) permite utilizar una forma en las pastillas prismática de bordes redondeados, que aproveche mejor el espacio que una de geometría cilíndrica.

Además, el anillo de getters enlazados se coloca a continuación del dispositivo compensador de la expansión (6) por lo que se evita que se vea dañado por las ondas del fuelle cuando trabajan.

También se comprueba que en esta posición el diámetro del anillo es mucho menor que si se colocase envolviendo radialmente al fuelle (6), por lo que se puede disminuir el diámetro del tubo de borosilicato (5) con el consiguiente ahorro.

En cuanto a la idea de su montaje se trata de colar las pastillas (1) por un cable de acero (2) y realizar el cierre del anillo mediante un sistema de cierre rápido (3', 3'', 3''', 3^{iv}), de manera que se pueda automatizar esta operación. Posteriormente este conjunto se ha de ubicar en el hueco del vaso (7), aprovechándose de la flexibilidad del mismo.

Se han contemplado diferentes sistemas de cierre rápido (3', 3'', 3''', 3^{iv}) atendiendo a criterios de funcionabilidad (facilidad de manejo), estandarización y coste (productos existentes frente a diseños propios).

Las diferentes posibilidades son:

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Cierre rápido 1 (3') (figuras 7 a la 12): se trata de un sistema similar al que se puede encontrar en los eslabones de las cadenas de transmisión, pero en este caso utilizando dos eslabones en los extremos del cable en los que se colocan las pastillas de getter no evaporable, de tal forma que una vez ubicadas estas, colocando un pasador o remache entre los eslabones se obtenga el lazo cerrado.

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Cierre rápido 2 (3'') (figura 2): se trata de un sistema tipo clip donde al presionar con una pieza macho sobre otra hembra, las tolerancias establecidas permiten garantizar el cierre permanente del lazo anterior.

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Cierre rápido 3 (3''') (figuras 13-15): se trata de dos piezas idénticas que disponen en su unión de un negativo o hembra donde se alojan ambos extremos del cable que define el lazo. La garantía del cierre está en el remache que los aprisiona y ejerce el esfuerzo de compresión. Las piezas no hacen contacto ente sus caras planas de tal forma que los esfuerzos se realizan sobre los extremos del cable e impiden su deslizamiento y liberación.

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Cierre rápido 4 (3^{iv}) (figura 16-18): este tipo de cierre consta de dos piezas soldadas a los extremos de los cables y que se introducen la una en la otra como en una cerradura, de tal forma que su geometría genera un dispositivo que impide su apertura accidental sino es manipulándola adecuadamente.

Una vez montado y si fuese necesario, se podrán añadir una serie de pinzas de sujeción (figura 19) que fijen el sistema al resto de elementos del tubo absorbedor evitando posibles desplazamientos.

Este sistema de getter no evaporable está diseñado especialmente para su aplicación en tubos de vacío receptores de energía solar, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims (11)

1. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable de los utilizados en tubos de vacío de receptor solar caracterizado porque comprende una serie de pastillas (1) de material getter no evaporable taladradas por su centro y enlazadas por un cable (2) terminado en un cierre rápido (3', 3'', 3''', 3^{iv}).

2. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque las pastillas (1) tienen una geometría en forma de prisma con las esquinas redondeadas.

3. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque que el cable está compuesto de metal.

4. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 3 caracterizado porque que el cable está compuesto de acero.

5. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el cierre (3') comprende dos eslabones en los extremos del cable en los que se colocan las pastillas de getter no evaporable, de tal forma que una vez ubicadas estas, colocando un pasador o remache entre los eslabones se obtenga el lazo cerrado.

6. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el cierre (3'') comprende un sistema tipo clip donde al presionar con una pieza macho sobre otra hembra, las tolerancias establecidas permiten garantizar el cierre permanente del lazo del cable donde se insertan las pastillas.

7. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el cierre (3''') comprende dos piezas idénticas que disponen en su unión de un negativo o hembra donde se alojan ambos extremos del cable que define el lazo. La garantía del cierre esta en el remache que los aprisiona y ejerce el esfuerzo de compresión. Las piezas no hacen contacto ente sus caras planas de tal forma que los esfuerzos se realizan sobre los extremos del cable e impiden su deslizamiento y liberación.

8. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el cierre (3^{iv}) comprende dos piezas soldadas a los extremos de los cables y que se introducen la una en la otra como en una cerradura, de tal forma que su geometría genera un dispositivo que impide su apretura accidental sino es manipulándola adecuadamente.

9. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque se ubica a continuación del dispositivo compensador de expansión en forma de fuelle (6) en dirección axial y en e! hueco definido por el vaso (7), que es la pieza de interfase entre el tubo absorbedor (4) y el compensador de expansión (6).

10. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 9 caracterizado porque se coloca según una distribución radial un sistema de getter en cada uno de los dos extremos del tubo receptor, logrando así tener un tubo receptor de geometría totalmente simétrica.

11. Sistema de afinador de vacío o getter no evaporable según reivindicación 10 caracterizado porque el sistema se podría asegurar con una serie de pinzas de sujeción que fijan el sistema al resto de elementos del tubo absorbedor evitando posibles desplazamientos.