ES2454775A1

ES2454775A1 - Sistema afinador de vacío en tubo caloportador

Info

Publication number: ES2454775A1
Application number: ES201201007A
Authority: ES
Inventors: Eduardo GÓMEZ RUIZ; Azucena BELLO FERNÁNDEZ; Juan Pablo Núñez Bootello; Noelia Martínez Sanz; Sergio BURGOS SERRANO; José Ángel Rico Sánchez; Javier Peláez Fombellida
Original assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Current assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-11
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: ES2454775B1

Abstract

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador de los utilizados en receptores solares que comprende una serie de pastillas de material afinador de vacío no evaporable agrupadas, una superficie plana de apoyo (3) situada en los extremos del tubo, un elemento perforado (5 ó 6) que permite comunicar las pastillas de material afinador de vacío no evaporable con la cámara de vacío y unos flejes (4) para la sujeción del elemento perforado (5 ó 6) a la superficie plana de apoyo (3), teniendo dos realizaciones preferentes: una en la que el elemento perforado es una placa retén y las pastillas se introducen en una embutición realizada en la superficie plana de apoyo y se sujetan con la placa retén y la segunda en la que el elemento perforado es una bandeja contenedora y las pastillas se colocan en ella.

Description

SISTEMA AFINADOR DE VAcío EN TUBO CALOPORTADOR

Sector técnico de la invención

La presente invención describe un sistema de afinador de vacío para tubos receptores de energía solar de alta concentración.

Antecedentes de la invención

Los afinadores de vacío 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. Los afinadores de vacío no evaporables son utilizados habitualmente como afinadores de vacío en tubos de los que se emplean como receptores solares. En general, estos receptores constan de dos tubos coordinados longitudinalmente y donde se genera el vacío en la cámara resultante entre ambos. 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 absorbedor y el 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 generalmente 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, lo que se traduce en una pérdida parcial de éste, aumentando debido a ello las pérdidas térmicas y, en consecuencia, disminuyendo de manera importante la eficiencia del sistema. Es por eso que siempre se instalan aleaciones del tipo afinador de vacío no evaporable en la zona de vacío para que en el caso de que haya alguna molécula (por ejemplo de hidrógeno) sea captada por la superficie de este material. En los desarrollos conocidos hasta el momento existen diferentes diseños de afinador de vacío no evaporables que se ubican en distintas localizaciones dentro de la zona de vacío.

Un ejemplo se encuentra en la patente US 2007/0034204 A 1 de Schott. En este documento un afinador de vacío no evaporable está dispuesto en un espacio anular exterior entre el dispositivo compensador de expansión y el elemento de transición vidrio-metal. El afinador de vacío 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, afinador de vacío no evaporable, elemento de transición vidrio-metal y tubo de vidrio. Otras soluciones similares vienen descritas en las patentes W02011131456A1, y W02011051298A. La patente W02011131456A1 describe un sistema de malla protectora cerrada en sus extremos que aloja en su interior afinador de vacío no evaporable en polvo. Dicha malla se extiende en una disposición circular y se posiciona en el tubo caloportador arrollándolo sobre una superficie cilíndrica mediante un cierre elástico tipo fleje. La patente W02011051298A describe diversas formas de contener el afinador de vacío no evaporable dentro de la cámara de vacío de un tubo absorbedor de energía térmica solar. Sin embargo, en todas estas descripciones se emplea una malla protectora para contener el afinador de vacío, lo cual obliga a que tenga una disposición perimetral en el espacio entre tubo metálico y elemento de transición vidrio-metal. La patente CA2754797A1 describe una pastilla de afinador de vacío no evaporable en forma de cilindro que no precisa ser contenida en una malla metálica y por tanto, permite mayores opciones de posicionado en un conjunto. Todas las configuraciones conocidas hasta ahora de tubos caloportadores presentan una limitación respecto del espacio disponible para situar estos elementos afinadores de vacío, que se traduce en varios inconvenientes, de los cuales los más relevantes son: someter a los afinadores de vacío, habitualmente frágiles, a los esfuerzos mecánicos que transmite el fuelle de compensación de expansión, lo que supone en el estado del arte la necesidad de introducir las pastillas redondas de afinador de vacío en el interior de una malla metálica flexible a modo de contención y protección contra el deterioro del afinador de vacío por las fricciones que se producen con el dispositivo de compensación de expansión. Por otro lado, en el caso de necesitar incrementar la cantidad de material afinador de vacío para aumentar la absorción, con las configuraciones conocidas hasta ahora, se haría inevitable el aumento del diámetro del tubo de vidrio, para albergar dicha cantidad extra de material.

Otro ejemplo se encuentra en el desarrollo del fabricante Solel Solar Systems Ud, que ubica los afinadores de vacío a lo largo del tubo, alejándose de las tapas, como en el documento IL 153872 A, donde se localiza un soporte dentro del área de vacío y a lo largo del tubo absorbedor donde situar las pastillas de afinador de vacío. Asimismo la patente W02012016865A1 de Saes Getters S.P.A. describe un soporte, en forma de U, para disponer en línea las pastillas de afinador de vacío. La disposición longitudinal de las pastillas que proponen estas dos patentes conlleva a una pérdida de eficiencia del tubo receptor de gran magnitud al disminuir la superficie útil para captación de radiación solar. Todos estos desarrollos del estado del arte han sido concebidos para la aplicación en tubos caloportadores concéntricos en los que, debido a la agrupación de sus elementos, no poseen suficiente espacio en el interior de la cámara de vacío como para incorporar soluciones distintas a las planteadas. En el caso que nos ocupa, el tubo de vidrio y el tubo absorbedor son excéntricos entre sí, disponiendo así de un mayor espacio en la cámara de vacío para posicionar el sistema afinador de vacío. Así pues, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un diseño para el afinador de vacío no evaporable en tubos receptores para colectores solares en los que de manera preferente exista una excentricidad entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio que tenga además en consideración los inconvenientes mencionados en relación a los sistemas actuales, particularmente los relacionados con el elemento compensador, tratando de evitar la proximidad del afinador de vacío a zonas de cargas. Por todo ello, la presente invención tiene como objetivo proporcionar una configuración de afinador de vacío que permita un fácil ensamblaje, salvaguardar la integridad de las pastillas de afinador de vacío por su mínima manipulación en su montaje en la cámara de vacío, garantizar el contacto de las mismas con la cámara de vacío, permitir en su agrupación y localización que queden libres de tensiones por los esfuerzos en régimen de transporte y operación del tubo caloportador, homogeneizar la fabricación de componentes y el proceso de montaje de los ensamblajes y todo ello

sin afectar a la eficiencia del sistema.

Descripción de la invención

La invención consiste en un sistema de afinador de vacío para la absorción de moléculas de hidrógeno y de otros gases que podrían producirse en la zona de vacío de un tubo receptor de energía solar que estará compuesto por dos elementos diferenciables: su soporte, que le permitirá localizarlo de forma sólida y segura y un conjunto de pastillas de afinador de vacío que quedarán contenidas en el soporte anterior. La disposición del afinador de vacío no evaporable, a pesar de la importancia de su función, no ha de interferir con el principal propósito del tubo receptor, que es el de maximizar su rendimiento global (óptico y térmico). Su disposición y características han de permitir esta situación. Conocidas las necesidades en cuanto a la cantidad de materia de afinador de vacío para tubos de 4 a 5,5 metros de longitud y una vida media de 25 años de planta, se puede repartir esta cantidad entre los dos extremos del tubo mediante la disposición en dos conjuntos de pastillas en cada extremo. Para el sistema de afinador de vacío planteado, se describen dos configuraciones distintas:

1.: Primera configuración: Se trata de realizar una embutición a modo de soporte sobre la tapa de cierre del tubo caloportador, en la cara que se encuentra en contacto con el vacío, o bien en una placa soporte adicional a la tapa. Dicha embutición desempeñará la función de contenedor en el que se introducen y depositan las pastillas de afinador de vacío y puede tener forma semicircular o curvada con bordes redondeados ajustándose al contorno de la tapa circular y al de las pastillas de afinador de vacío. Para mantener en el interior de la embutición el conjunto de pastillas de afinador de vacío se precisa una segunda placa retén plana, , rígida y perforada de forma que permite retener las pastillas en el interior de la embutición del soporte sin oscilaciones y que, asimismo, garantiza el contacto necesario entre la materia del afinador de vacío y la cámara de vacío. Esta segunda placa retén puede estar también fabricada en chapa perforada plana de acero inoxidable incorporando una matriz de punzonado que consigue el mismo efecto de comunicación con la cámara de vacío. La placa retén está elaborada normalmente por un procedimiento de estampación y su perímetro final es sensiblemente superior a la superficie de la embutición del soporte. La placa retén se introduce a través de unos flejes presentes en el soporte que, mediante un efecto de clipado sobre el perímetro de la placa retén, consolida la posición de las pastillas, manteniéndolas dentro de la embutición, ajenas a las cargas mecánicas presentes en el interior de la cámara.

2.: Segunda configuración: Se trata de una bandeja contenedora de pastillas de afinador de vacío, rígida y perforada de forma que permite retener las pastillas en su interior de forma estable y sin

oscilaciones y que, asimismo, garantiza el contacto necesario entre la materia del afinador de vacío y la cámara de vacío. La bandeja puede tener forma semicircular o curvada ajustándose al contorno de la tapa circular y al de las pastillas de afinador de vacío. Alternativamente esta bandeja contenedora puede estar fabricada en chapa perforada de acero inoxidable incorporando una matriz de punzonado que consigue el mismo efecto de comunicación con la cámara de vacío. Dicha bandeja está formada por una superficie contenedora y por una superficie de contorno plana y está normalmente elaborada por un procedimiento de embutición y posterior estampación para obtener su contorno. El primer proceso, embutición, genera el contenedor o volumen necesario donde alojar las pastillas de afinador de vacío. En el segundo proceso, de estampación, se generará la superficie de contorno de apoyo plana en todo el perímetro de la bandeja mediante el que se consigue realizar la fijación del conjunto: bandeja y pastillas contenidas en ella, sobre la tapa de cierre del tubo caloportador, o bien en una placa soporte adicional presente en el interior de la cámara de vacío del tubo receptor. A dicha tapa o en su caso la placa soporte adicional se les incorpora unos elementos flejes. La bandeja contenedora con las pastillas de afinador de vacío incorporadas se introduce por su superficie de contorno plana, a través de los elementos presentes en el soporte generando un efecto de clipado sobre el perímetro de la bandeja contened 0ra, consolidando la posición de las pastillas, y manteniéndolas dentro de la embutición, ajenas a las cargas mecánicas presentes en el interior de la cámara. Ambas configuraciones se emplearán en los dos extremos del tubo de tal forma que se garantice una masa de afinador de vacío no evaporable suficiente y se consiga simetría en el tubo, pues los dos extremos serán idénticos a efectos de fabricación y ensamblaje.

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 a. Agrupación de pastillas de afinador de vacío no evaporable en formato circular. -Figura 1 b. Agrupación de pastillas de afinador de vacío no evaporable en formato prismático. -Figura 2. Detalle de la embutición soporte en la tapa o en cualquier placa soporte adicional presentes en cámara de vacío de tubo receptor según la primera realiza

ción preferente. -Figura 3. Agrupación de pastillas de afinador de vacío en embutición soporte presente y flejes de fijación según la primera realización preferente. -Figura 4. Clipado de placa retén sobre embutición soporte según la primera realización preferente. -Figura 5. Bandeja contenedora con agrupación de pastillas de afinador de vacío en su interior según la segunda realización preferente. -Figura 6. Flejes de fijación en tapa o placa soporte adicional según la segunda realización preferente. -Figura 7. Clipado de bandeja contenedora de agrupación de pastillas de afinador de vacío sobre tapa o placa soporte adicional según la segunda realización preferente. Las referencias de las figuras representan:

1.: Pastilla afinador de vacío

2.: Embutición soporte

3.: Superficie plana de apoyo (tapa o placa soporte adicional)

4.: Fleje

5.: Placa retén perforada

6.: Bandeja contenedora perforada Realización preferente de la invención Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el sistema afinador de vacío según dos realizaciones preferentes. En primer lugar, se definirá un formato de pastilla, que se pueda fabricar por los procedimientos estándares. Conocidas las necesidades en cuanto a la cantidad de materia de afinador de vacío para tubos de 4 a 5,5 metros de longitud y una vida media de 25 años de planta, en la figura 1 a se representa una realización preferente de pastilla de afinador de vacío (1) en formato circular y en la figura 1 b se representa una realización de pastilla (1) en formato alternativo posible como prisma con aristas redondeadas. Para el sistema de afinador de vacío planteado, se describen dos configuraciones distintas. La primera de ellas queda reflejada en las figuras 2-4 y la segunda en las figuras 5-7. Comenzando por la primera configuración, en la figura 2 se identifica la embutición soporte (2) realizada sobre la tapa plana (3) de cierre del tubo caloportador o placa plana soporte adicional (3). En la figura 3 se identifica la embutición soporte (2) en la que se introduce la agrupa

ción de pastillas de afinador de vacío (1). Se puede observar que la tapa plana (3) de cierre del tubo caloportador o placa plana soporte adicional (3) incorpora unos flejes

(4) para realizar el posterior cierre de la embutición. En la figura 4 se representa la placa retén (5) para mantener en el interior de la embutición soporte (2) al conjunto de pastillas de afinador de vacío (1). Los flejes (4) permiten la sujeción de la placa retén (5) a la tapa plana o placa plana adicional (3), produciéndose un efecto de clipado sobre el perímetro de dicha placa retén (5), consolidando así la posición de las pastillas y manteniéndolas aisladas de la cargas mecánicas presentes en el interior de la cámara. A continuación se va a describir la segunda realización preferente del sistema afinador de vacío. En la figura 5 se representa una bandeja contenedora (6) que tiene la agrupación de pastillas de afinador de vacío (1) en su interior. Fabricada en chapa perforada de acero inoxidable que incorpora una matriz de punzonado que consigue el efecto de comunicación con la cámara de vacío. En la figura 6 se identifica la tapa plana de cierre del tubo caloportador o placa plana soporte adicional (3) que incorpora unos flejes (4) para realizar la fijación de la bandeja contenedora. En la figura 7 se observa como la bandeja contenedora (6) se introduce a través de los flejes (4) presentes sobre dicha tapa o placa soporte adicional (3) produciéndose un efecto de clipado sobre el perímetro de la bandeja contenedora y no sobre las pastillas, consolidando la posición de las pastillas y alejándolas de la cargas mecánicas que se producen en el interior de la cámara. Este sistema afinador de vacío está diseñado especialmente para su aplicación en tubos de vacío receptores de energía solar, preferentemente no concéntricos, es decir dónde existe una excentricidad entre el tubo de vidrio y el tubo absorbedor, sin embargo, podría ser aplicado a tubos concéntricos, siempre y cuando el tamaño de la cámara de vacío y la disposición de los componentes así lo permita. No se descarta además su extensión a otros campos de la industria o aplicaciones específicas de afinadores de vacío que requieran de características similares.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador de los utilizados en receptores solares caracterizado porque comprende: una serie de pastillas (1) de material afinador de vacío no evaporable agrupadas, una superficie plana de apoyo (3) situada en los extremos del tubo, un elemento perforado (5 ó 6) que permite comunicar las pastillas (1) de material afinador de vacío no evaporable con la cámara de vacío y unos flejes (4) para la sujeción del elemento perforado (5 ó 6) a la superficie plana de apoyo (3).
2.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 1 caracterizado porque la superficie plana de apoyo (3) es la tapa de cierre del tubo caloportador.
3.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 1 caracterizado porque el elemento perforado es una placa retén (5) de geometría plana.
4.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 3 caracterizado porque comprende una embutición (2) en la superficie plana de apoyo (3) donde se colocan las pastillas (1) de material afinador de vacío no evaporable agrupadas y sobre ella se coloca la placa retén (5).
5.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 1 caracterizado porque el elemento perforado es una bandeja contenedora (6) donde se colocan las pastillas (1) de material afinador de vacío no evaporable agrupadas.
6.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 1 caracterizado porque las pastillas de afinador de vacío (1) tienen geometría circular.
7.

Sistema afinador de vacío en tubo caloportador según reivindicación 1 caracterizado porque las pastillas de afinador de vacío (1) tienen geometría de prisma con aristas redondeadas.