ES2370327B1

ES2370327B1 - Elemento aislante del dispositivo de compensación de expansión y procedimiento de fabricación del mismo.

Info

Publication number: ES2370327B1
Application number: ES200902158A
Authority: ES
Inventors: Noelia Martínez Sanz; Javier Asensio Pérez-Ullivarri; Pablo José Bombín Ortega; José Angel Rico Sánchez
Original assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Current assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: US20120272950A1; US9249991B2; WO2011098623A1; EP2500673A4; ES2370327A1; EP2500673A1

Abstract

Elemento aislante del dispositivo de compensación de expansión y procedimiento de fabricación del mismo, de los utilizados en los tubos absorbedores colectores de energía solar que está formado por una sola pieza en forma de anillo y con terminado tipo fuelle, que se rellena de lana de roca u otro material aislante equivalente, de manera que crea una cámara de aire caliente que minimiza las pérdidas térmicas.

Description

ELEMENTO AISLANTE DEL DISPOSITIVO DE COMPENSACiÓN DE EXPANSiÓN Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACiÓN DEL MISMO

Sector técnico de la invención

La presente invención describe un elemento aislante que permite disminuir las pérdidas térmicas en el dispositivo de compensación de expansión de los receptores solares en forma de tubo.

Antecedentes de la invención

El principio general de la tecnología termosolar está basado en el concepto de la concentración de la radiación solar para producir generalmente vapor, que es utilizado posteriormente en plantas eléctricas convencionales. Aumentar la captación de energía solar, que tiene una densidad relativamente baja, es uno de los mayores retos en el desarrollo de plantas termosolares. Existen dos tipos de concentradores solares: concentradores lineales y concentrado-res puntuales. La concentración lineal es más fácil de instalar al tener menos grados de libertad, pero tiene un factor de concentración menor y por lo tanto puede alcanzar menores temperaturas que la tecnología de concentración puntual. Es por eso que se trata de avanzar en el desarrollo de los tubos receptores usados en la concentración lineal, para tratar de aumentar la captación de energía solar y disminuir las pérdidas térmicas, de manera que el rendimiento global de la planta de concentración se vea incrementado. La invención que nos ocupa gira en torno a uno de los elementos que forman parte de dichos tubos receptores, concretamente se trata de un elemento aislante para el dispositivo de compensación de expansión, que a continuación se explica. En general, un tubo receptor consta de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera vacío. El tubo interior o tubo absorbedor, 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 el dispositivo compensador de expansión, de tal forma que permite el movimiento en sentido longitudinal de los tubos y garantiza el vacío, absorbiendo las tensiones que se crearían por la diferencia existente entre los coeficientes de dilatación del metal y del vidrio. Pero este elemento necesita ser aislado por su extremo para evitar las pérdidas que se producirían por convección natural. Ese elemento aislante es el que desarrolla esta invención.

Se conocen en el estado de la técnica varias soluciones para este elemento, pero el que mejor resultados ofrece es el divulgado por SCHOTT en la patente US 7013887. En dicho documento las pérdidas de calor en la región extrema del tubo absorbedor se reducen por medio del doble aislamiento al vacío que resulta debido a que el elemento que conecta al tubo de metal ya proporciona un aislamiento y un segundo aislamiento se forma entre los fuelles plegables del dispositivo de compensación de expansión y el tubo de vidrio, porque el espacio libre que queda es angosto y no se produce intercambio de aire. Además, al final del tubo absorbedor (tubo metálico) se coloca un tubo protector (20), cuya longitud axial coincide con la longitud de los fuelIes, pudiendo situarse en la zona del tubo de vidrio o en la zona de transición vidrio-metal y así prevenir que la radiación directa del sol afecte a los fuelles o dispositivos de compensación de expansión. Básicamente se trata de un elemento que permite aislar esa zona para disminuir las pérdidas térmicas además de evitar el calentamiento directo por incidencia de la luz concentrada de los espejos sobre la soldadura vidrio metal. Con este sistema de aislamiento se ha comprobado que si se trata de introducir mejoras en el dispositivo de compensación de expansión que incrementen el rendimiento del colector solar, no existe ningún elemento que resuelva el tema de las pérdidas térmicas en los extremos del tubo. Por todo ello, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un elemento aislante que disminuya las perdidas térmicas en los extremos del tubo absorbedor para mejorar así la eficiencia del sistema. Es por ello que, a diferencia del estado de la técnica conocido, nuestro elemento protector protege de las perdidas térmicas una parte que no es la mencionada en la patente anterior (protege la tapa y parte del tubo metálico absorbedor según propuesta 1 o la tapa y el vaso según propuesta 2) y para ello utiliza un sistema de fuelle que permite absorber el movimiento relativo entre sus partes componentes, algo que sería inviable con los elementos conocidos hasta ahora.

Descripción de la invención La invención consiste en una pieza que permite aislar y disminuir las pérdidas térmicas en el dispositivo de compensación de expansión, siguiendo los movimientos relativos que pueda haber entre el conjunto formado por el tubo de vidrio, anillo Kovar o elemento de transición vidrio metal, dispositivo compensador de expansión, vaso (final del tubo metálico absorbedor), tapa y el tubo absorbedor.

La pieza consiste en un elemento en forma de fuelle fabricado por hidroconformado que aloja en su parte interior un material aislante del tipo de lana de roca que copiará la geometría del dispositivo de compensación de expansión. De esta forma se genera una cámara de aire que permite disminuir las perdidas por los extremos de los tubos receptores. El elemento aislante de la invención se puede situar de dos maneras: o bien envolviendo completamente el dispositivo compensador de expansión consiguiendo una mayor reducción de las pérdidas térmicas o bien llegando hasta la parte media del vaso (final del tubo absorbedor), solución que se adapta a los soportes comerciales actualmente existentes. La selección de una geometría tipo fuelle nos permite tener un elemento que siga los movimientos relativos del dispositivo compensador de expansión sin introducir carga que, si bien no es un problema por los bajos valores de rigidez del dispositivo compensador de expansión, si lo sería si no permitiera los movimientos relativos entre el tubo de vidrio y el tubo absorbedor. Este sistema, a diferencia del estado de la técnica conocido, disminuye drásticamente las pérdidas por convección natural proporcionando un aislamiento total al extremo del tubo absorbedor, de tal forma que si se emplease este elemento aislante en los desarrollos de tubo actualmente existentes, se disminuirían las perdidas térmicas en un 0,02 % por tubo y dado que una planta solar de 50 MWe cuenta con unos 90.000 tubos, la reducción de las perdidas térmicas en toda la planta sería elevadísima.

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: Vista de conjunto del extremo del tubo receptor Figura 2: Vista de conjunto según propuesta 2 Figura 3: Vista de conjunto según propuesta 1 Figura 4: Alzado del elemento aislante Figura 5: Planta del elemento aislante Figuras 6,7: Extremo del tubo receptor sobre los elementos soporte del conjunto Figura 8: Vista de la tapa Donde las referencias corresponden a:

1.: Elemento aislante

2.: Relleno de material aislante tipo lana de roca o similar

3.: Dispositivo compensador de expansión

4.: Tubo absorbedor

5.: Tubo de vidrio

6.: Getter

7.: Soportes

8.: Vaso

9.: Tapa

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir, con ayuda de las figuras, el elemento aislante según una realización preferente. En las figuras 1, 2 y 3 se presentan las vistas de conjunto del extremo del tubo receptor. En la figura 1 se puede observar el conjunto de los elementos que se sitúan en el extremo del tubo absorbedor receptor y la ubicación del elemento aislante (1) entre ellos. El elemento aislante (1) tiene forma de fuelle y se rellena con un elemento del tipo lana de roca (2) o similar para lograr el aislamiento deseado pues, gracias a ese aislamiento se crea una cámara de aire caliente que consigue disminuir las pérdidas térmicas. Este elemento (1) cubre el extremo del dispositivo de compensación de expansión

(3) y se solapa por su parte externa con el tubo de vidrio (5). Hay dos propuestas posibles para su colación:

•: Propuesta 1 (figura 3): el elemento aislante (1) envuelve completamente la parte superior del dispositivo compensador de expansión (3) (entre medias se encuentra el getter (6), pero que no supone ningún interés para la invención desarrollada)

•: Propuesta 2 (figuras 1 y 2): el elemento aislante (1) llega hasta la parte media del vaso, entendiendo por vaso el extremo o final del tubo absorbedor (4), por el que circula el fluido caloportador.

Las diferencias entre ambas propuestas se basan en el hecho de que la propuesta 1 consigue un mayor aislamiento térmico que la propuesta 2, sin embargo ésta última consigue una completa adaptación a los soportes comerciales actuales. En las figuras 4 y 5 se puede ver el elemento aislante (1) que se reivindica en alzado y en planta. Se observa que se trata de un anillo tipo fuelle con una de las bases de

menor diámetro que la otra, para adaptarse al lugar donde va a ser colocado, ya sea según la propuesta 1 o 2. En las figuras 6 y 7 se puede ver el extremo final del tubo receptor colocado sobre los elementos de soporte (7). Para tubos receptores de aproximadamente 4 metros,

5 estos elementos se colocan en ambos extremos del tubo, aunque se requiere de un par de apoyos adicionales a lo largo del tubo para evitar posibles roturas. Como se ha dicho anteriormente la propuesta 2, es decir, la realización en la que el elemento aislante (1) llega hasta la parte media del vaso (8), aunque con un menor aislamiento térmico, consigue una completa adaptación a los soportes comerciales actuales (7).

10 En la figura 8 se muestra una vista del extremo del tubo receptor donde aparece la tapa (9). La pieza se podrá fabricar de manera aislada e independiente de la tapa (9), para poder adaptarlo a tubos ya existentes o se podrá fabricar de manera específica, adaptado al dispositivo compensador de expansión (3) en el que se vaya a instalar.

15 El proceso de fabricación consiste en la fabricación de la pieza mediante la técnica de hidroconformado. Básicamente se trata de un proceso de conformado de un material (generalmente un metal) mediante la acción de un fluido a alta presión. La aplicación más común consiste en el conformado de un tubo de acero que se introduce en una matriz (tubo con forma de fuelle) y se proyecta un fluido a alta presión contra

20 las paredes del tubo de manera que el tubo de acero toma la forma de fuelle; a continuación, el tubo ya conformado (1) se suelda por microplasma a la tapa (9). Este sistema está especialmente diseñado para su aplicación en los tubos absorbe-dores de los colectores solares, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Elemento aislante del dispositivo de compensación de expansión (3) de tubos receptores de energía solar de los que están formados por dos tubos concéntricos entre los cuales se genera vacío, un tubo interior o tubo absorbedor (4)

5 por el que circula el fluido que se calienta y un tubo exterior (5) de vidrio, caracterizado porque se trata de un anillo (1) relleno su interior de material aislante

(2) como lana de roca o similar, con geometría toroidal modificada de manera que si se secciona por un plano vertical ofrece, en su superficie más elevada, una sección que sigue una línea senoidal y situado en el extremo del tubo re

10 ceptor sobre el dispositivo de compensación de expansión (3) ,
2.

Elemento aislante según reivindicación 1 caracterizado porque éste envuelve completamente la parte superior del dispositivo compensador de expansión (3).
3.

Elemento aislante según reivindicación 1 caracterizado porque éste llega has

ta la parte media del vaso (8), entendiendo por vaso (8) el extremo o final del 15 tubo absorbedor (4) por el que circula el fluido caloportador.
4. Procedimiento de fabricación del elemento aislante (1) reivindicado anteriormente caracterizado porque se fabrica mediante la técnica de hidroconformado, partiendo de un tubo de acero que se introduce en una matriz (tubo con forma de fuelle) y se proyecta un fluido a alta presión contra las paredes del tubo de manera que el tubo de acero toma la forma de fuelle; a continuación, el tubo ya conformado se suelda por microplasma a una tapa (9).