ES2623792T3

ES2623792T3 - Tubo absorbedor

Info

Publication number: ES2623792T3
Application number: ES10788058.5T
Authority: ES
Inventors: Thomas Kuckelkorn
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Ecoran GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: AU2010326605A1; DE102009047548A1; US20130228166A1; TN2012000238A1; CN102639945A; MX2012006201A; MA33895B1; JP2013513080A; IL219830A0; IL219830A; CN102639945B; EP2507563A2; WO2011067289A2; WO2011067289A3; EP2507563B1; AU2010326605B2; DE102009047548B4; US9404674B2

Abstract

Tubo absorbedor, especialmente para colectores solares (10) en centrales termosolares con al menos un espejo colector (12) que comprende - un tubo metálico (22) para la conducción y el calentamiento de un medio portador de calor, - un tubo envolvente (24) que rodea al tubo metálico (22) para la configuración de un espacio anular evacuable (26), - un primer depósito (40) dispuesto en el espacio anular (26) y relleno con gas inerte, presentando el primer depósito (40) un orificio de salida (52) cerrado con un material de cierre (54) que, mediante una acción externa, desbloquea el orificio de salida (52) para la introducción del gas inerte en el espacio anular (26), siendo posible que una unidad de apertura (67) activable pueda aplicar la acción externa para el desbloqueo de los orificios de salida (52), y - un anillo exterior (37) y un elemento de transición (36) que rodean al tubo metálico (22) para la obturación del espacio anular (26), caracterizado por que el primer depósito (40) se fija en el espacio anular (26) por medio de un dispositivo de sujeción (50), disponiéndose el dispositivo de sujeción (50) en el anillo exterior (37) y/o en el elemento de transición (36), comprendiendo el dispositivo de sujeción (50) uno o varios puntos de soldadura (58) de una soldadura metálica (62) y por que al menos uno de los puntos de soldadura (58) para la fijación del primer depósito (40) en el espacio anular (26) también cierra el orificio de salida (52).

Description

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DESCRIPCION

Tubo absorbedor

La presente invencion se refiere a un tubo absorbedor, especialmente para colectores solares en centrales termosolares con al menos un espejo colector, que comprende un tubo metalico para la conduccion y el calentamiento de un medio portador de calor, un tubo envolvente que rodea al tubo metalico para la configuracion de un espacio anular evacuable, y un primer deposito dispuesto en el espacio anular y relleno con gas inerte, presentando el primer deposito un orificio de salida que esta cerrado con un material de cierre que desbloquea el orificio de salida mediante una accion externa para la introduccion del gas inerte en el espacio anular, pudiendo una unidad de apertura activable aplicar la accion externa para el desbloqueo de los orificios de salida, y un anillo exterior y un elemento de transicion que rodean al tubo metalico para la obturacion del espacio anular.

Los colectores solares pueden dotarse, por ejemplo, de un espejo parabolico, tambien llamado espejo colector, y utilizarse en las asf llamadas centrales de colectores cilindro-parabolicos. En las centrales de colectores cilindro- parabolicos conocidas se utiliza como medio portador de calor un aceite termico que se puede calentar hasta 400°C aproximadamente con ayuda de los rayos solares reflejados por los espejos parabolicos y enfocados sobre el tubo absorbedor. El medio portador de calor calentado se dirige a traves del tubo metalico y se aporta a un proceso de vaporizacion con cuya ayuda la energfa termica se convierte en energfa electrica.

En este caso, el tubo absorbedor se compone generalmente de un tubo metalico que presenta una capa que absorbe la radiacion y de un tubo envolvente de vidrio que rodea al tubo metalico. El espacio anular asf formado sirve para minimizar las perdidas de calor en la superficie exterior del tubo metalico y aumentar, por consiguiente, la produccion de energfa. Los distintos tubos absorbedores tienen una longitud de hasta 4 m y se unen en soldadura para formar bucles de campos solares con una longitud total de hasta 200 m. Los tubos absorbedores de este tipo se conocen, por ejemplo, por el documento DE 102 31 467 B4.

Al aumentar el envejecimiento del aceite termico empleado como medio portador de calor se libera el hidrogeno libre que esta disuelto en el aceite termico. La cantidad de hidrogeno liberado depende, por una parte, del aceite termico utilizado y de las condiciones de servicio del circuito de aceite y, por otra parte, tambien de la cantidad de agua que entra en contacto con el aceite termico. Puede producirse un contacto con agua mas a menudo especialmente como consecuencia de fugas en los intercambiadores de calor. Debido a la permeacion a traves del tubo metalico, el hidrogeno liberado llega al espacio anular evacuado, aumentando tambien los indices de permeacion al ascender la temperatura de servicio del tubo metalico. Por consiguiente tambien aumenta la presion en el espacio anular, lo que tiene como consecuencia un aumento de la conduccion de calor a traves del espacio anular que a su vez da lugar a perdidas de calor y a un menor rendimiento del tubo absorbedor o del colector solar.

Para al menos reducir el aumento de la presion en el espacio anular y con ello prolongar la vida util del tubo absorbedor, el hidrogeno que ha llegado al espacio anular puede enlazarse mediante materiales rarefactores. La capacidad de absorcion de los materiales rarefactores, sin embargo, es limitada. Una vez alcanzada la capacidad de carga maxima, sube la presion en el espacio anular hasta estar en equilibrio con la presion parcial del hidrogeno libre que ha llegado del aceite termico al espacio anular. Mediante el hidrogeno se produce un aumento de la conduccion de calor en el espacio anular con las consecuencias adversas arriba mencionadas para el rendimiento del colector solar.

Los tubos absorbedores dotados de materiales rarefactores en el espacio anular se conocen, por ejemplo, por el documento WO 2004/063640 A1. En el dispositivo aqrn descrito, el material rarefactor se encuentra en barras de rarefactor que se exponen directamente a la radiacion solar reflejada y que, por lo tanto, se calientan. Dado que las barras de rarefactor en el espacio anular evacuado estan casi separadas termicamente del tubo metalico y del tubo envolvente, la temperatura de la barra y, por consiguiente, tambien del material rarefactor puede oscilar considerablemente, con lo que tambien oscila la capacidad de absorcion del material rarefactor, por lo que se producen en el espacio condiciones de presion irregulares no deseadas.

Por el documento DE 10 2005 057 276 B3 se conoce un tubo absorbedor en el que un gas noble se introduce en el espacio anular cuando la capacidad del material rarefactor esta agotada. Muchos gases nobles presentan una conductividad termica reducida, de modo que sea posible reducir la conduccion de calor a traves del espacio anular a pesar de la presencia de hidrogeno, de manera que solo se reduzca en 1% aproximadamente el rendimiento del colector solar con el gas noble introducido frente al tubo metalico evacuado. Las configuraciones descritas en el documento DE 10 2005 057 276 B3 de los depositos de gas noble son fundamentalmente solo de naturaleza teorica, tecnicamente muy complicadas de fabricar y, por lo tanto, practicamente apenas se pueden aplicar. En especial, este documento no contiene instrucciones practicables sobre como se pueden configurar y disponer depositos de gas noble para que, en un momento determinado, se puedan abrir facilmente. Ademas aqrn no se proporciona ninguna informacion significativa sobre la disposicion del material rarefactor en el espacio anular con respecto a los depositos de gas noble.

La tarea de la presente invencion consiste, por consiguiente, en perfeccionar los tubos absorbedores conocidos por el estado de la tecnica, de modo que se puedan fabricar mas facilmente sin limitar su funcionalidad, especialmente

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sin mermar la vida util. Ademas debe permitir de un modo sencillo la introduccion de los gases nobles en el espacio anular.

Esta tarea se resuelve gracias a que el primer deposito se fija en el espacio anular por medio de un dispositivo de sujecion, disponiendose el dispositivo de sujecion en el anillo exterior y/o en el elemento de transicion, comprendiendo el dispositivo de sujecion uno o varios puntos de soldadura de una soldadura metalica, y a que al menos uno de los puntos de soldadura para la fijacion del primer deposito en el espacio anular tambien cierra el orificio de salida.

Por accion externa debe entenderse aqrn que esta se genera fuera del tubo absorbedor o al menos fuera del espacio anular y del tubo metalico y no a traves del funcionamiento del tubo absorbedor. Una accion externa de este tipo puede ser, por ejemplo, de tipo mecanico. La disposicion del dispositivo de sujecion se elige preferiblemente de manera que el dispositivo de sujecion transmita las acciones externas.

La unidad de apertura puede realizarse en forma de un pulsador que se une en su accion al orificio de salida a traves del dispositivo de sujecion. Si el personal de mantenimiento del colector solar activa este pulsador, el orificio de salida se perfora y desbloquea, de modo que el gas inerte se introduzca en el espacio anular.

Preferiblemente, la accion externa es un efecto termico. En esta configuracion, el personal de mantenimiento puede calentar desde el exterior con un dispositivo calefactor movil el tubo absorbedor en las proximidades de los orificios de salida, por ejemplo, en el anillo exterior, de manera que el material de cierre se funda con el efecto termico, desbloqueando el orificio de salida. En este caso, la union en accion del dispositivo de sujecion no es solo de tipo mecanico, sino tambien de tipo termoconductor. En este caso, el dispositivo de sujecion se compone preferiblemente de un material conductor del calor, por ejemplo, de un metal. En esta realizacion resulta ventajoso que la unidad de apertura no requiere componentes adicionales y que el dispositivo calefactor movil se puede utilizar para todos los tubos absorbedores de la central termosolar.

Preferiblemente, el orificio de salida puede calentarse de forma inductiva y la unidad de apertura comprende una bobina electrica y un disco metalico. En esta configuracion, los orificios de salida pueden abrirse automaticamente y el gas inerte puede introducirse automaticamente en el espacio anular, dado que la bobina electrica puede conectarse a una unidad de control que activa la bobina electrica al producirse unas circunstancias que se pueden preestablecer. Por lo tanto no es necesario que los orificios de salida se abran con ayuda del personal de mantenimiento, siendo posible asf reducir los costes de personal para el servicio de la instalacion. En este caso carece de importancia de que material este fabricado el dispositivo de sujecion.

El dispositivo de sujecion comprende, segun la invencion, uno o varios puntos de soldadura compuestos de una soldadura metalica. Los puntos de soldadura pueden fabricarse de un modo muy sencillo y favorable. La soldadura metalica se elige de manera que no se funda a las temperaturas reinantes durante el funcionamiento del colector solar. Aqrn puede utilizarse una soldadura fuerte que solo se funda a partir de temperaturas superiores a los 400°C.

Segun la invencion, el material de cierre se compone de una soldadura metalica. La soldadura metalica es la misma que se utiliza para los puntos de soldadura en el dispositivo de sujecion. De este modo se reduce la variedad de materiales y la probabilidad de fallos de fabricacion en la produccion de los tubos absorbedores como consecuencia de un cambio de material.

Segun la invencion, al menos uno de los puntos de soldadura para la fijacion del primer deposito en el espacio anular cierra tambien el orificio de salida. En este caso, uno de los puntos de soldadura asume dos funciones: por una parte tiene una funcion de sujecion, dado que este fija el primer deposito en su posicion en el espacio anular. Por otra parte desempena una funcion de cierre, dado que la soldadura tambien representa al mismo tiempo el material de cierre para los orificios de salida.

Una configuracion especialmente preferida del tubo absorbedor segun la invencion se caracteriza por un segundo deposito relleno de un material rarefactor para el enlace de hidrogeno libre y dispuesto en el espacio anular. La solucion segun la invencion con dos depositos, de los que uno se llena con el material rarefactor y el otro con gas inerte, resulta ventajosa desde un punto de vista tecnico de fabricacion, dado que ambos depositos ya se pueden premontar por completo y llenar antes de su insercion en el espacio anular.

El segundo deposito se fija preferiblemente en el espacio anular por medio de un dispositivo de sujecion. Segun la disposicion del primer y del segundo deposito, puede determinarse si ambos o solo uno de los depositos se fijan con el dispositivo de sujecion. No son necesarios dispositivos de soporte especiales como, por ejemplo, barras de rarefactor, como los que se describen en el documento WO 2004/063640 A1.

En una configuracion ventajosa, el anillo exterior presenta uno o varios salientes que penetran en el espacio anular para el posicionamiento del primer y/o del segundo deposito. El elemento de transicion y el anillo exterior son componentes de las unidades de compensacion de dilatacion conocidas por el estado de la tecnica, con las que se compensan las distintas dilataciones del tubo envolvente y del tubo metalico durante el funcionamiento del tubo absorbedor, de manera que el espacio anular permanezca cerrado de forma impermeable al gas.

Alternativamente, uno de los salientes penetra en el orificio de salida y se dota de una marca para la identificacion del orificio de salida. Aqrn los salientes tambien se pueden configurar, de modo que solo uno de los salientes se ajuste en el orificio de salida. Con ayuda de la soldadura metalica, el orificio de salida se cierra y al mismo tiempo el

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deposito correspondiente se fija en el anillo exterior. La marca del orificio de salida puede realizarse, por ejemplo, mediante una escotadura correspondiente en la cara exterior del anillo exterior, de manera que el personal de mantenimiento sepa en que punto es necesario aplicar el dispositivo calefactor para la apertura del material de cierre.

El tubo absorbedor segun la invencion se perfecciona ventajosamente gracias a que el primer deposito y el segundo deposito se configuran en forma de anillo y rodean al tubo metalico. La configuracion anular de los depositos provoca, por una parte, que el material rarefactor se reparta uniformemente en el espacio anular y, por consiguiente, que tambien se pueda acceder al mismo facilmente, siendo posible absorber el hidrogeno libre sin barreras y, por otra parte, que los depositos formen respectivamente unidades cerradas en sf mismas, lo que facilita su montaje y especialmente su posicionamiento en el espacio anular.

Preferiblemente, el primer deposito presenta una primera superficie y el segundo deposito una segunda superficie en las que el primer y el segundo deposito se pueden unir a un componente. Ambos depositos pueden asf unirse entre sf incluso antes de la insercion en el espacio anular en la posicion deseada uno respecto al otro, de modo que puedan colocarse conjuntamente en una fase de trabajo en el espacio anular. En esta configuracion se simplifica aun mas la fabricacion de los tubos absorbedores segun la invencion.

En un perfeccionamiento preferido, en el que el tubo absorbedor presenta un eje longitudinal, la primera superficie y la segunda superficie se extienden radialmente respecto al eje longitudinal, es decir, los vectores perpendiculares de la primera superficie y los de la segunda superficie se desarrollan paralelos al eje longitudinal. En este perfeccionamiento, los dos depositos pueden unirse entre sf de un modo especialmente sencillo desde un punto de vista tecnico de fabricacion y en especial es posible dotar ambos depositos de unas dimensiones identicas, de manera que solo sea necesario fabricar un molde de deposito, lo que reduce aun mas los costes de fabricacion. En este caso solo hay que tener en cuenta que el deposito para el gas inerte debe cerrarse de forma impermeable al gas, mientras que el deposito para el material rarefactor debe configurarse de modo que el hidrogeno liberado en el espacio anular pueda adherirse adecuadamente al material rarefactor.

Una configuracion preferida del tubo absorbedor segun la invencion se caracteriza ademas por que la primera superficie y la segunda superficie se extienden coaxialmente respecto al eje longitudinal, es decir, los vectores perpendiculares de la primera superficie y de la segunda superficie se desarrollan perpendiculares al eje longitudinal. En esta configuracion, por ejemplo, el primer deposito relleno con el gas inerte se puede introducir en forma de cubeta en el segundo deposito relleno con el material rarefactor. Dado que en esta configuracion ambos depositos presentan volumenes diferentes, esta circunstancia puede aprovecharse, por ejemplo, para introducir mas material rarefactor en el espacio anular, aumentando asf la capacidad de absorcion para hidrogeno libre y, por lo tanto, la vida util del tubo absorbedor.

En una variante de realizacion ventajosa del tubo absorbedor segun la invencion, el primer deposito se configura como una primera seccion anular y el segundo deposito como una segunda seccion anular, pudiendose unir entre sf en un anillo cerrado. Tambien aqrn es posible adaptar la proporcion del volumen del primer deposito respecto al volumen del segundo deposito, a traves del tamano de las secciones anulares, a las caractensticas espedficas del respectivo tubo absorbedor, por ejemplo, a fin de introducir mas material rarefactor en el espacio anular. Si se comprobara que podna resultar ventajoso un mayor volumen de gas inerte, este hecho tambien se puede tener en cuenta facilmente en la construccion.

Una configuracion preferida de la presente invencion se caracteriza por que el primer deposito presenta una o varias primeras secciones anulares y por que el segundo deposito presenta una o varias segundas secciones anulares que pueden fijarse por separado unas de otras en el espacio anular. En esta configuracion, ni las primeras secciones anulares o las segundas secciones anulares ni el primer deposito y el segundo deposito se unen entre sf. Tanto el material rarefactor, como tambien el gas noble pueden repartirse en varias secciones anulares. En este caso, el numero de secciones anulares llenadas con el material rarefactor no debe ser igual al numero de secciones anulares llenadas con gas noble. Se permite una disposicion mas flexible y ademas las cantidades necesarias de material rarefactor y gas noble pueden ajustarse facilmente a las respectivas aplicaciones.

La primera seccion anular y la segunda seccion anular se configuran preferiblemente como medios anillos. En esta configuracion, las secciones anulares pueden fabricarse de un modo especialmente sencillo mediante la separacion centrada de un anillo cerrado, de manera que la fabricacion pueda configurarse aqrn de forma favorable y sin mayores desechos.

En una configuracion especialmente preferida, en la que el tubo absorbedor presenta una mitad orientada hacia el espejo colector y una mitad opuesta al espejo colector, el segundo deposito se dispone en la mitad opuesta al espejo colector. Como consecuencia del ensombrecimiento del tubo metalico, en la mitad del tubo absorbedor opuesta al colector predominan durante el funcionamiento del colector solar temperaturas mas reducidas que en la mitad orientada hacia el espejo colector. La capacidad de absorcion del material rarefactor para hidrogeno libre aumenta con la reduccion de la temperatura. Por lo tanto, la disposicion del segundo deposito en la mitad opuesta al espejo colector da lugar a que el espacio anular se pueda mantener mas tiempo sin hidrogeno libre, de modo que la presion en el espacio anular y, por consiguiente, la conduccion de calor a traves del espacio anular solo aumente mas adelante. Como consecuencia, el colector solar puede funcionar durante mas tiempo al maximo rendimiento o aumenta la vida util del tubo absorbedor.

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La posicion de los depositos en el espacio anular puede determinarse facilmente en la fabricacion con la ayuda de los salientes, de manera que se garantice, por ejemplo, que el segundo deposito tambien se encuentre en la mitad del tubo absorbedor opuesta al espejo colector. Con esta finalidad, los depositos pueden presentar escotaduras correspondientes configuradas de modo que una escotadura solo se ajuste a un saliente, de manera que la disposicion del primer y del segundo deposito se determine sin lugar a dudas relativamente respecto al anillo exterior.

El elemento de transicion presenta preferiblemente una primera zona con un primer diametro y una segunda zona con un segundo diametro. El elemento de transicion se suelda normalmente al anillo exterior. La entrada de calor necesaria para la soldadura provoca que el elemento de transicion se abombe hacia fuera. La causa de ello es la dilatacion termica del elemento de transicion. Esto tiene como consecuencia que se ejerce una carga sobre la union del elemento de transicion al tubo envolvente y que probablemente se pueda deteriorar. El elemento de transicion se refuerza con ayuda de dos diametros diferentes, de modo que se reduzcan las cargas ejercidas sobre la union con el tubo envolvente durante la soldadura. Por lo tanto, la union no se fuerza y no se deteriora. El anillo exterior se configura de manera que pueda absorber sin problemas la dilatacion termica a causa de la entrada de calor.

Preferiblemente, el anillo exterior se compone de acero fino y el elemento de transicion se compone de kovar. El kovar es una aleacion de hierro-mquel-cobalto. El coeficiente de dilatacion termica del kovar utilizado puede ajustarse al del vidrio utilizado para el tubo envolvente, de manera que las dilataciones termicas como consecuencia de la generacion de calor no influyan negativamente unas en otras tanto durante el servicio del colector solar, como tambien en la fabricacion del tubo absorbedor cuando se suelda el elemento de transicion al anillo exterior. El uso de acero fino para el anillo exterior simplifica la soldadura con el fuelle de tubo flexible ondulado. El kovar tambien se denomina 1.3981 segun DIN 17745.

Otro aspecto de la presente invencion se refiere a un dispositivo para la introduccion de gas inerte en un espacio anular de un tubo absorbedor, que comprende un tubo absorbedor como el antes descrito, una unidad de medicion de temperatura para determinar el valor de la temperatura de un tubo envolvente, una unidad de comparacion para comparar el valor de la temperatura determinado del tubo envolvente con un valor de temperatura cntico seleccionable y una unidad de apertura que la unidad de comparacion puede activar para el desbloqueo de los orificios de salida para la introduccion de gas inerte en el espacio anular.

Con este dispositivo es posible controlar automaticamente los colectores solares y especialmente llevar a cabo la introduccion del gas inerte en el espacio anular cuando se cumplan o ya no se cumplan determinadas condiciones.

En este caso podna ser una condicion que el valor de temperatura del tubo envolvente rebase un valor cntico seleccionable. El hecho de producirse esta circunstancia es una senal de que la conduccion de calor a traves del espacio anular ha aumentado, produciendose, por lo tanto, perdidas de calor en el tubo envolvente. Como consecuencia el gas inerte debena introducirse en el espacio anular, a fin de minimizar de nuevo las perdidas de calor.

Las unidades de medicion de temperatura pueden realizarse en forma de sensores de temperatura colocados en el tubo envolvente o tambien en forma de camaras de imagenes termicas. En especial las camaras de imagenes termicas tienen la ventaja de que con una camara de imagenes termicas es posible controlar una pluralidad de tubos envolventes con respecto a su temperatura, sin que sea necesario aqrn montar en cada tubo envolvente un sensor de temperatura por separado ni conectarlo a la unidad de comparacion. Las imagenes suministradas por la camara de imagenes termicas pueden interpretarse con un software especial de evaluacion de imagenes, de manera que los valores de temperatura de todos los tubos envolventes registrados se puedan determinar y aportar a la unidad de comparacion. Con esta informacion relativa a cada tubo envolvente, la unidad de comparacion puede efectuar una comparacion entre el valor de temperatura determinado y el valor de temperatura cntico y, conforme al resultado de la comparacion, activar la unidad de apertura para el desbloqueo de los orificios de salida. Con este dispositivo se garantiza la supervision constante de los tubos absorbedores sin que para ello sea precisa la intervencion del personal de mantenimiento.

Ademas se garantiza que el gas inerte existente en todos los tubos absorbedores se introduzca, bajo las mismas condiciones, en el espacio anular, de modo que los colectores solares no funcionen innecesariamente durante mas tiempo por debajo del rendimiento que realmente se puede alcanzar.

Un procedimiento que no forma parte del objeto de las reivindicaciones para la introduccion de gas inerte en un espacio anular de un tubo absorbedor comprende las siguientes fases:

- determinacion del valor de temperatura del tubo envolvente por medio de una unidad de medicion de temperatura,

- comparacion del valor de temperatura determinado del tubo envolvente con un valor de temperatura cntico seleccionable mediante una unidad de comparacion, y

- activacion de una unidad de apertura y desbloqueo de los orificios de salida e introduccion de gas inerte en el espacio anular en caso de que el valor de temperatura determinado rebase el valor de temperatura cntico.

El procedimiento se realiza preferiblemente en el orden indicado, no obstante tambien es posible imaginar otras sucesiones. Las ventajas de este procedimiento coinciden con las que se han debatido en relacion con el dispositivo correspondiente segun la invencion para la introduccion de gas inerte en un espacio anular de un tubo absorbedor.

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Un aspecto adicional se refiere ademas a un colector solar que comprende un espejo colector y un tubo absorbedor segun una de las reivindicaciones 1 a 11.

Otra configuracion del colector solar segun la invencion comprende ademas un dispositivo para la introduccion de gas inerte en un espacio anular del tubo absorbedor segun la reivindicacion 12.

La invencion se describe ahora detalladamente por medio de ejemplos de realizacion preferidos con referencia a las figuras.

Se muestra en la:

Figura 1 una representacion esquematica de un colector solar,

Figura 2 un primer ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor en una representacion en media seccion,

Figura 3 un segundo ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor en una representacion en media seccion,

Figura 4 un tercer ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor en una representacion en seccion,

Figura 5 un cuarto ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor en una representacion en media seccion,

Figura 6 un ejemplo de realizacion del tubo absorbedor segun la invencion en una representacion en media seccion,

Figura 7 un quinto ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor en una representacion en media seccion,

Figura 8 una representacion esquematica de un dispositivo para la introduccion de gas inerte en un espacio anular de un tubo absorbedor,

Figura 9 una representacion aislada de un elemento de transicion,

Figura 10 una representacion en seccion a traves de un primer ejemplo de realizacion de un primer deposito segun la invencion y de un segundo deposito segun la invencion a lo largo del plano A-A definido en la figura 5, y

Figura 11 una representacion en seccion de un segundo ejemplo de realizacion de un primer y de un segundo deposito segun la invencion a lo largo del plano A-A definido en la figura 5.

En la figura 1 se representa un colector solar 10 del tipo conocido. El colector solar 10 comprende un espejo colector 12 que refleja la radiacion solar 14 y que dirige la radiacion solar reflejada 16 a un tubo absorbedor 18. El espejo colector 12 se configura en forma de acanaladura, de modo que provoque un enfoque de la radiacion solar reflejada a lo largo de una lmea focal a traves de la cual se desarrolla un eje longitudinal 20 del tubo absorbedor 18. El tubo absorbedor 18 presenta un tubo metalico 22 y un tubo envolvente 24. El tubo metalico 22 esta recubierto con una capa que absorbe la radiacion, circulando a traves del mismo un medio portador de calor. El tubo envolvente 24 rodea al tubo metalico 22, de manera que se forme un espacio anular 26 entre el tubo metalico 22 y el tubo envolvente 24. El tubo envolvente 24 se compone normalmente de vidrio. Debido a la configuracion en forma de acanaladura del espejo colector 12, el tubo absorbedor 18 puede dividirse en una mitad 28 orientada hacia el espejo colector 12 y en una mitad 30 opuesta al mismo.

La direccion de flujo del medio portador de calor se indica por medio de las flechas P. Al atravesar el tubo metalico 22, el medio portador de calor se calienta como consecuencia de la radiacion solar 16 reflejada. La temperatura alcanzable es de aproximadamente 400°C. El medio portador de calor calentado se aporta a un proceso no representado aqrn con mayor detalle en el que se obtiene energfa electrica. La mitad 30 del tubo absorbedor 18 opuesta al espejo colector 12 se refrigera mediante conveccion mixta, es decir, mediante conveccion natural y, por ejemplo, mediante conveccion forzada por el viento, lo que da lugar a perdidas de calor y, por lo tanto, a un deterioro del proceso de calentamiento del medio portador de calor. Por consiguiente, el objetivo consiste en reducir en la mayor medida posible la conduccion de calor desde el tubo metalico 22 hacia el exterior, lo que se consigue con ayuda del espacio anular 26 formado con ayuda del tubo envolvente 24. En primer lugar, este se evacua y, segun la invencion, puede llenarse durante el servicio con un gas inerte mediante la apertura del primer deposito 40. Tanto el espacio anular 26 evacuado, como tambien el espacio anular llenado con un gas inerte presentan una conduccion de calor reducida, limitandose asf las perdidas de calor.

En la figura 2 se muestra un primer ejemplo de realizacion de un tubo absorbedor 18 en una representacion en media seccion. El tubo absorbedor 18 presenta una unidad de compensacion de la dilatacion 32 para la compensacion de las dilataciones del tubo envolvente y del tubo metalico y para la obturacion de forma impermeable al gas del espacio anular 26 durante el funcionamiento del colector solar 10.

Los movimientos relativos entre el tubo envolvente 24 y el tubo metalico 22 que se generan como consecuencia de las distintas dilataciones se compensan con ayuda de un fuelle 34. En este caso, las dilataciones del tubo envolvente 24 se transmiten al fuelle 34 a traves de un elemento de transicion 36 y de un anillo exterior 37, mientras que las dilataciones del tubo metalico 22 se transmiten al fuelle 34 a traves de un elemento de conexion 38. El anillo exterior 37 se une al elemento de transicion 36 con ayuda de un cordon de soldadura 39.

El tubo absorbedor comprende un primer deposito 40 relleno con gas inerte. El primer deposito 40 se fija en el anillo exterior 37 por medio de un dispositivo de sujecion 50 y presenta un orificio de salida 52 que esta cerrado con un material de cierre 54. Como material de cierre 54 puede utilizarse, por ejemplo, una soldadura metalica 62 que

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puede fundirse con la accion del calor, desbloqueandose el orificio de salida 52 e introduciendose el gas inerte en el espacio anular 26. Como gas inerte se puede utilizar un gas noble como el argon o el xenon u otro gas inerte que se caracterice por una conductibilidad termica reducida. El calor necesario para la apertura del material de cierre 54 puede generarse, por ejemplo, por medio de una unidad de apertura 67. En este caso, la unidad de apertura 67 puede ser cualquier dispositivo adecuado con el que sea posible generar calor, por ejemplo, una lampara calefactora o un soldador de cobre. El calor generado se conduce a traves del dispositivo de sujecion 50 al primer deposito 40 en el que abre el orificio de salida 52.

En la figura 3 se representa una segunda forma de realizacion del tubo absorbedor 18. Adicionalmente al primer deposito 40, el tubo absorbedor 18 presenta en esta forma de realizacion un segundo deposito 42 relleno con un material rarefactor, encontrandose ambos en el espacio anular 26. El primer deposito 40 presenta una primera superficie 44 y el segundo deposito 42 presenta una segunda superficie 46 con las que se unen entre sr En este caso, los vectores perpendiculares N de la primera y de la segunda superficie 44, 46 se desarrollan perpendicularmente al eje longitudinal 20 del tubo absorbedor 18.

En el ejemplo representado, los dos depositos 40, 42 se realizan como anillos cerrados o cilindros huecos, introduciendose el primer deposito 40 en el segundo deposito 42, de manera que formen un componente 48. El componente 48 se une a traves del segundo deposito 42 al elemento de transicion 36 por medio de un dispositivo de sujecion 50, fijandose asf en el espacio anular 26. Alternativamente, el componente 48 puede dimensionarse de modo que se ajuste al elemento de transicion 36 y se fije en su posicion mediante cierre de fuerza por friccion y/o arrastre de forma, de manera que ya no se requiera el dispositivo de sujecion 50.

En la figura 4 se muestra un tercer ejemplo de realizacion del tubo absorbedor 18 en una representacion en media seccion. Se diferencia del primer ejemplo de realizacion en que los vectores perpendiculares N de la primera y de la segunda superficie 44, 46 se desarrollan paralelamente al eje longitudinal 20 del tubo absorbedor l8. Ademas, los dos depositos 40, 42 tienen las mismas dimensiones y se disponen sucesivamente visto a lo largo del eje longitudinal 20.

En la figura 5 se muestra un cuarto ejemplo de realizacion del tubo absorbedor 18 en una representacion en seccion. Aqrn, ambos depositos 40, 42 se realizan como medios anillos 56 o medios cilindros huecos con las mismas dimensiones (comparese figura 10). Ademas, el primer deposito 40 se dispone en la mitad 28 del tubo absorbedor 18 orientada hacia el espejo colector 12 y el segundo deposito 42 se dispone en la mitad 30 opuesta al espejo colector 12.

El ejemplo de realizacion representado en la figura 6 muestra la mitad 28 del tubo absorbedor 18 segun la invencion orientada hacia el espejo colector 12 en la que se encuentra el primer deposito 40. A diferencia de los ejemplos de realizacion antes descritos, el dispositivo de sujecion 50 se realiza como punto de soldadura 58 con el que se fija el primer deposito 40 en el anillo exterior 37. El anillo exterior 37 presenta con esta finalidad un saliente 60 que penetra en el orificio de salida 52.

Como material de cierre 54 se utiliza una soldadura metalica 62 que sirve al mismo tiempo para la fijacion del primer deposito 40 en el anillo exterior 37. Por lo demas, el primer deposito 40 se construye igual que en el tercer ejemplo de realizacion y se une igualmente al segundo deposito 42 (aqrn no representado, comparese figura 10). En total, el primer y el segundo deposito 40, 42 se unen en el ejemplo representado con tres puntos de soldadura 58', 58'' y 58''' al anillo exterior 37 (comparese figura 10), no obstante solo el punto de soldadura 58' cierra tambien al mismo tiempo el orificio de salida 52 del primer deposito 40. A fin de marcar este punto de soldadura 58' e indicar que la accion del calor debe realizarse en este para el desbloqueo del orificio de salida 52, el anillo exterior 37 presenta en este punto una marca 64 realizada aqrn como escotadura 66. Si el punto de soldadura 58' se abre, el primer y el segundo deposito 40, 42 aun siguen estando suficientemente fijos por medio de los puntos de soldadura 58'' y 58''' (comparese figura 10).

En el quinto ejemplo de realizacion que se representa en la figura 7, el primer y el segundo deposito (no representado) 40, 42 se fija en el elemento de transicion 36 con el dispositivo de sujecion 50. El tubo absorbedor 18 presenta una unidad de apertura 67 para el desbloqueo de los orificios de salida 52 que comprende una bobina electrica 68, dispuesta fuera del espacio anular 26, y un disco metalico 70 con los que se puede calentar por induccion el material de cierre 54 y abrir el orificio de salida 52. Aqrn el anillo exterior 37 tambien puede dotarse de la escotadura 66 para marcar el orificio de salida 52, a fin de colocar la bobina electrica 68 en la posicion correcta.

En la figura 8 se representa esquematicamente un dispositivo 72 para la introduccion de gas inerte en un espacio anular 26 de un tubo absorbedor 18. Este comprende aqrn el tubo absorbedor 18 como se representa en la figura 7. El mismo comprende adicionalmente una unidad de medicion de temperatura 74 y una unidad de comparacion 76 que se unen entre sf a traves de cables electricos 78 y a la bobina electrica 68 de la unidad de apertura 67. Tambien es posible imaginar una conexion sin cables o inalambrica. La unidad de medicion de temperatura 74 puede realizarse como camara de imagenes termicas o como sensor de temperatura y determina el valor de temperatura del tubo envolvente 24. Este valor de temperatura se transmite a la unidad de comparacion 76 que puede realizarse como un ordenador. Este compara el valor de temperatura determinado con un valor de temperatura cntico que se puede elegir e introducir en la unidad de comparacion 76. Si el valor de temperatura determinado rebasa el valor de temperatura cntico, la unidad de comparacion 76 activa la bobina electrica 68 de la unidad de apertura 67, de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

manera que se abra el primer deposito 40 y el gas inerte se introduzca en el espacio anular 26 del tubo absorbedor 18.

En la figura 9 se representa de forma aislada un elemento de transicion 36. Este presenta una primera zona 84 con un primer diametro di y una segunda zona 86 con un segundo diametro d2. Gracias a esta configuracion del elemento de transicion 36 se consigue una mayor rigidez, de modo que se reduzca la carga de la union entre el

elemento de transicion 36 y el tubo envolvente 24 como consecuencia de la entrada de calor tanto durante el

funcionamiento del colector solar 10, como tambien al soldar el elemento de transicion 36 al anillo exterior 37.

En las figuras 10 y 11 se representan diferentes ejemplos de realizacion del primer y del segundo deposito 40, 42 en la seccion transversal a lo largo del plano de seccion A-A definido en la figura 5. La seccion transversal de los dos depositos 40, 42 a lo largo de los planos de seccion de las figuras 2 a 7 puede ser circular o poligonal. En la figura

10, el primer deposito 40 se realiza como una primera seccion anular 80 y el segundo deposito 42 como una

segunda seccion anular 82, aqu como dos medios anillos 56 de igual tamano, que forman conjuntamente un anillo cerrado 88. Tambien cabe imaginar otras realizaciones, por ejemplo, de modo que la primera seccion anular 80 se configure como una cuarta parte de anillo y la segunda seccion anular 82 como tres cuartas partes de anillo. Tambien es posible una division en mas de dos depositos o en mas de dos secciones anulares.

En la figura 11 se representa un caso en el que el primer deposito 40 y el segundo deposito 42 se realizan ciertamente como medios anillos 56 formando la primera seccion anular 80 y la segunda seccion anular 82 aunque sin unirse entre sf Por lo tanto, estos deben fijarse respectivamente por separado en el espacio anular 26.

Las modificaciones o variaciones resultantes de la descripcion obvias para el experto no difieren de la idea en la que se basa la invencion y estan recogidas en el alcance de la proteccion definido por las siguientes reivindicaciones.

Lista de referencias 10 Colector solar

12 Espejo colector

14 Radiacion solar

16 Radiacion solar reflejada

18 Tubo absorbedor

20 Eje longitudinal

22 Tubo metalico

24 Tubo envolvente

26 Espacio anular

28 Mitad del tubo absorbedor orientada hacia el espejo colector

30 Mitad del tubo absorbedor opuesta al espejo colector

32 Unidad de compensacion de dilatacion 34 Fuelle

36 Elemento de transicion

37 Anillo exterior

38 Elemento de union

39 Cordon de soldadura

40 Primer deposito

42 Segundo deposito

44 Primera superficie

46 Segunda superficie

48 Componente

50

52

54

56

58

60

62

64

66

67

68

70

72

74

76

78

80

82

84

86

88

d1

d2

N

Dispositivo de sujecion Orificio de salida Material de cierre Medio anillo Punto de soldadura

Saliente

Soldadura metalica Marca Escotadura Unidad de apertura Bobina electrica

Disco metalico

Dispositivo para la introduccion de gas inerte en un espacio anular de un tubo absorbedor Unidad de medicion de temperature Unidad de comparacion Cable

Primera seccion anular Segunda seccion anular Primera zona Segunda zona Anillo cerrado

Primer diametro Segundo diametro Vector perpendicular

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Tubo absorbedor, especialmente para colectores solares (10) en centrales termosolares con al menos un espejo colector (12) que comprende

- un tubo metalico (22) para la conduccion y el calentamiento de un medio portador de calor,

- un tubo envolvente (24) que rodea al tubo metalico (22) para la configuracion de un espacio anular evacuable (26),

- un primer deposito (40) dispuesto en el espacio anular (26) y relleno con gas inerte, presentando el primer deposito (40) un orificio de salida (52) cerrado con un material de cierre (54) que, mediante una accion externa, desbloquea el orificio de salida (52) para la introduccion del gas inerte en el espacio anular (26), siendo posible que una unidad de apertura (67) activable pueda aplicar la accion externa para el desbloqueo de los orificios de salida (52), y

- un anillo exterior (37) y un elemento de transicion (36) que rodean al tubo metalico (22) para la obturacion del espacio anular (26),

caracterizado por que el primer deposito (40) se fija en el espacio anular (26) por medio de un dispositivo de sujecion (50), disponiendose el dispositivo de sujecion (50) en el anillo exterior (37) y/o en el elemento de transicion (36), comprendiendo el dispositivo de sujecion (50) uno o varios puntos de soldadura (58) de una soldadura metalica (62) y por que al menos uno de los puntos de soldadura (58) para la fijacion del primer deposito (40) en el espacio anular (26) tambien cierra el orificio de salida (52).
2. Tubo absorbedor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un segundo deposito (42) dispuesto en el espacio anular (26) y relleno con un material rarefactor para el enlace de hidrogeno libre.
3. Tubo absorbedor segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el segundo deposito (42) se fija en el espacio anular (26) por medio del dispositivo de sujecion (50).
4. Tubo absorbedor segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que el anillo exterior (37) presenta uno o varios salientes (60) que penetran en el espacio anular (26) para el posicionamiento del primer y/o del segundo deposito (40, 42) y por que uno de los salientes (60) penetra en el orificio de salida (52) del primer deposito (40) y se dota de una marca (64) para la identificacion del orificio de salida (52).
5. Tubo absorbedor segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que el primer deposito (40) y el segundo deposito (42) se configuran en forma de anillo y rodean al tubo metalico (22).
6. Tubo absorbedor segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el primer deposito (40) presenta una primera superficie (44) y el segundo deposito (42) presenta una segunda superficie (46) en las que el primer y el segundo deposito (40, 42) se pueden unir en un componente (48).
7. Tubo absorbedor segun la reivindicacion 6, presentando el tubo absorbedor (18) un eje longitudinal (20), caracterizado por que la primera superficie (44) y la segunda superficie (46) se extienden radialmente respecto al eje longitudinal (20).
8. Tubo absorbedor segun la reivindicacion 6, presentando el tubo absorbedor (18) un eje longitudinal (20), caracterizado por que la primera superficie (44) y la segunda superficie (46) se desarrollan paralelamente al eje longitudinal (20).
9. Tubo absorbedor segun una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el primer deposito (40) se configura como primera seccion anular (80) y el segundo deposito (42) como segunda seccion anular (82), pudiendo unirse entre sf en un anillo cerrado (88).
10. Tubo absorbedor segun una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que el primer deposito (40) presenta una o varias primeras secciones anulares (80) y el segundo deposito (42) una o varias secciones anulares (82) que pueden fijarse por separado unas de otras en el espacio anular (26).
11. Tubo absorbedor (18) segun la reivindicacion 9 o 10, caracterizado por que la primera seccion anular (80) y la segunda seccion anular (82) se configuran como medios anillos (56).
12. Dispositivo para la introduccion de gas inerte en un espacio anular (26) de un tubo absorbedor (18) que comprende

- un tubo absorbedor (18) segun una de las reivindicaciones anteriores,

- una unidad de medicion de temperatura (74) para la determinacion del valor de temperatura de un tubo envolvente (24),

- una unidad de comparacion (76) para la comparacion del valor de temperatura determinado del tubo envolvente (24) con un valor de temperatura crftico seleccionable y

- una unidad de apertura (67) que la unidad de comparacion (76) puede activar para el desbloqueo de los orificios de salida para la introduccion de gas inerte en el espacio anular (26).
13. Colector solar que comprende

- un espejo colector (12), y

- un tubo absorbedor (18) segun una de las reivindicaciones 1 a 11.