MX2014000277A - Método para fabricar un panel térmico solar al vacio y panel térmico solar al vacio relacionado. - Google Patents

Abstract

La presente solicitud se relaciona con un método seguro y de bajo costo para fabricar una cubierta hermética al vacío para un panel térmico solar al vacío, dicha cubierta hermética al vacío siendo definida por una placa frontal de vidrio (1) transparente para la radiación solar, una placa inferior metálica (2), marco periférico (3) unido a la placa inferior metálica (2), y una banda periférica (4) que conecta dicho marco periférico (3) a la placa frontal de vidrio (1); dicho método que comprende los siguientes pasos: - unir de borde a borde una primera franja de metal a una segunda franja de metal con el fin de formar una franja bimetálica, y luego unir los extremos opuestos de dicha franja bimetálica con el fin de formar un circuito cerrado; - después de dicho paso de unión, formar dicha primera franja metálica en el marco periférico (3) y dicha segunda franja metálica en el marco periférico (3); - después de los pasos de unión y formación, sellar el borde libre de la banda periférica (4) a la placa frontal de vidrio (1); - después de los pasos de unión y formación; unir la placa inferior metálica (2) al marco periférico (3).

Description

MÉTODO PARA FABRICAR UN PANEL TÉRMICO SOLAR AL VACÍO Y PANEL TÉRMICO SOLAR AL VACÍO RELACIONADO DESCRIPCIÓN Campo de Aplicación La presente invención se refiere a un método mejorado para la fabricación de un panel térmico solar al vacio y a un panel térmico solar al vacio adecuado para ser fabricado con un método de este tipo.

Técnica anterior Como es bien sabido, los paneles térmicos solares al vacio comprenden una cubierta hermética al vacio en el que al menos una placa frontal, generalmente de vidrio, es transparente a la radiación solar. El panel comprende absorbedores de calor dispuestos dentro de la envuelta al vacio y una tubería de transporte de un fluido de transferencia de calor.

La radiación solar entra en la cubierta al vacío a través de la placa frontal de cristal, es recogida por los absorbedores de calor y la convierte en calor. El calor se transfiere a continuación al fluido de transferencia de calor que fluye en el tubo.

La cubierta hermética al vacio puede ser un recipiente en el que la placa inferior está formada integralmente con el marco periférico, como se describe en la patente de E.U. N° 4, 493, 940, o de la obtenida por soldadura de los dos componentes, como se describe por ejemplo en la solicitud PCT publicada con el N° de documento O 2010/003653 en el nombre del mismo solicitante.

En este último caso, una banda periférica elástico se interpone favorablemente entre el marco periférico y la placa frontal de vidrio. Dicha banda periférica está soldada por un lado a la estructura de metal, mientras que el otro lado está unido a la placa frontal de vidrio por medio de un sellado de vidrio y metal hermético al vacio de tipo conocido. La banda periférica, hecha de una aleación de metal con un coeficiente de expansión térmica sigue muy de cerca la de la placa frontal de vidrio, limita la tensión mecánica inducida en el sello de vidrio-metal.

Por lo tanto, en la fabricación del panel solar al vacio, la banda periférica está sellada a la placa frontal de vidrio y luego se realiza la soldadura entre la propia cinta periférica de metal y el marco periférico de metal. Sin embargo, esta última etapa de fabricación tiene que ser llevada a cabo con extremo cuidado a fin de evitar cualquier daño al sello de vidrio-metal previamente realizado. De hecho, ambas tensiones térmicas y mecánicas, potencialmente perjudiciales para la estanqueidad del sello, pueden derivar de la etapa de soldadura. Las tensiones térmicas se deben a la calefacción de la cinta periférica, mientras que las tensiones mecánicas dependen de la pulsación del marco periférico contra la correa periférica, que es necesario con el fin de lograr un buen contacto mecánico entre las partes garantizando asi la uniformidad y la estanqueidad al vacio de la costura de soldadura .

Con el fin de evitar al menos los esfuerzos mecánicos mencionados anteriormente, se necesita un muy buen ajuste dimensional entre el marco periférico y la banda periférica: de tal manera, una costura de soldadura sin discontinuidades se consigue sin la necesidad de la aplicación de alta presión con el fin para mantener las dos partes en contacto mientras se suelda. Tal ajuste bueno dimensional requiere sin embargo de mecanizado de alta precisión o el moldeo de las dos partes. Por otra parte, la deformación de la cinta periférica durante el proceso térmico mediante el cual se obtiene el sello de vidrio- metal se limitará a la medida mínima por medio de una alta precisión de disparo de plantilla junto con un control de temperatura extremadamente precisa de tal proceso térmico.

El aumento de la precisión de fabricación de las dos partes a soldar juntas y el empleo de una alta precisión de disparo de plantilla junto con un proceso de control de temperatura extremadamente precisa aumenta en gran medida el costo, así como la complejidad de la producción de paneles al vacío térmico.

Por lo tanto, el problema técnico que presenta la presente invención es que proporciona un método de fabricación alternativo para un panel térmico solar al vacío, que evita dañar el sello de vidrio-metal sin recurrir a las técnicas de fabricación de alta precisión caros .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Una solución al problema técnico anteriormente mencionado se proporciona mediante un método para la fabricación de una cubierta hermética al vacío para un panel térmico solar al vacío, dicha cubierta hermética al vacío está definida por una placa frontal de vidrio transparente a la radiación solar, una placa inferior metálica, un marco periférico se unió a la placa inferior metálica, y una banda periférica que conecta dicho marco periférico a la placa frontal de vidrio; dicho método comprende los siguientes pasos: Unir de borde a borde una primera franja metálica a una segunda banda de metal con el fin de formar una franja bimetálica, y luego unir los extremos opuestos de dicha franja bimetálica con el fin de formar un circuito cerrado; - Después de dicho paso de unión, formar dicha primera banda de metal en el marco periférico y dicha segunda banda de metal en la banda periférica; - Después de dichos pasos de unión y formación, sellar el borde libre de la banda periférica de la placa frontal de vidrio; - Después de dicha unión y formación de pasos, unir la placa inferior metálica con el marco periférico.

Los pasos de unión de metal-metal identificados en el método anterior pueden ser de soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda.

Un técnico en la materia reconocerá inmediatamente que el método identificado anteriormente reduce en gran medida las tensiones térmicas y mecánicas que actúan en el sello de vidrio y metal.

De hecho, el marco periférico y la banda periférica se unen antes de la modalidad del sello, y por lo tanto dicho paso de unión no puede influir en el sello de ninguna manera.

Favorablemente, durante el paso de formación del borde libre resultante de la estructura periférica puede estar inclinada con respecto a un plano periférico, en la que la cinta periférica y marco done se encuentran, con el fin de definir un borde de unión y un paso de formación de la placa inferior metálica en fin de determinar un borde de unión inclinada para que coincida con la inclinación del borde de unión del marco periférico puede ser proporcionado. En tal caso, el borde de unión de la placa inferior metálica está unido al borde de unión del marco periférico durante la paso de unión final, y un paso de este tipo puede llevarse a cabo después de el paso de sellado .

De hecho, gracias a la inclinación del borde de unión del marco periférico y de la placa inferior metálica, el propio marco y la placa inferior metálica pueden ser presionadas una contra la otra durante la última paso de unión (que puede realizarse por ejemplo por soldadura) mientras se mantiene la banda periférica ortogonal a la placa frontal de vidrio. Esto evita tensiones tangenciales que se aplicarán al sello de vidrio-metal, que son menos propensos absorbida por la nervadura en la misma banda periférica .

Con el fin de conseguir la ventaja antes mencionada, el borde de unión está inclinado preferiblemente hacia fuera con respecto a la cubierta hermética al vacio resultante.

En particular, está inclinada preferiblemente con un ángulo comprendido entre 5 grados y 45 grados, preferentemente 30 grados, con respecto al plano periférico .

Como se reconoce en la descripción de la técnica anterior, el marco periférico puede ser rígido mientras que la banda periférica puede ser deformable.

La primera franja metálica tiene preferiblemente un coeficiente de expansión térmica equivalente a la de la placa frontal de vidrio; esto podría lograrse la modalidad de la primera franja metálica de una aleación de expansión controlada, por ejemplo NiFe 48.

Teniendo en cuenta las diferentes propiedades exigidas a las dos tiras, la primera banda de metal es preferiblemente más gruesa que la segunda banda de metal.

Favorablemente, los lados de las primera y segunda tiras de metal que corresponden a la parte externa de la cubierta hermética al vacío resultante pueden estar alineadas durante el paso de unión de borde a borde de las primera y segunda tiras de metal, con el fin de fabricar un panel al vacío con una superficie exterior lisa.

El paso de formación anteriormente mencionado puede comprender una etapa de conformación de una primera nervadura longitudinal en el marco periférico, con el fin de aumentar la rigidez mecánica del elemento.

El paso de formación también puede comprender una etapa de conformación de una segunda nervadura longitudinal en la banda periférica, dicha segunda nervadura longitudinal determina una porción elástica de la cinta periférica .

Favorablemente, antes de unirse a la placa inferior metálica para el marco periférico, el perímetro de dicha placa inferior metálica se puede formar con el fin de determinar el borde de unión inclinado para que coincida con la inclinación del borde de unión del marco periférico. El término ajuste de la inclinación del borde de unión significa que el ángulo formado por el plano identificado por el marco periférico y la identificada por la placa de fondo es de aproximadamente 90 grados.

Favorablemente, el paso de sellado puede ser realizado por un proceso térmico determinación de fusión y la posterior solidificación del material de vidrio que forma un sello hermético al vacío.

Una solución para el problema técnico mencionado anteriormente también es proporcionada por un panel térmico solar al vacío que comprende una cubierta hermética al vacío que está definida por una placa frontal de vidrio transparente a la radiación solar, una placa inferior metálica, un marco periférico se unió a la placa inferior metálica, y una banda periférica que conecta dicho marco periférico a la placa frontal de vidrio del marco periférico que comprende un borde de unión inclinada con respecto a un plano periférico en la que la banda periférica y el marco donde se encuentran, la placa inferior metálica que comprende un borde de unión inclinado con respecto a la del metal plano de la placa inferior por un ángulo que ajuste el ángulo del borde de unión del marco periférico, dichos bordes de unión de la placa inferior metálica y del marco periférico están unidos.

Dicho borde de unión del marco periférico está inclinado preferiblemente hacia fuera con respecto a la cubierta hermética al vacío, en un ángulo que puede estar comprendido entre 5 grados y 45 grados, preferentemente 30 grados con respecto al plano periférico. Mientras que el borde de unión de la placa inferior metálica está inclinada en un ángulo que coincida con el ángulo del borde de unión del marco periférico.

El marco periférico puede favorablemente presentar una primera nervadura longitudinal, mientras que la banda periférica puede favorablemente presentar una segunda nervadura longitudinal.

Otras características y ventajas serán más claras a partir de la descripción detallada, descrita en lo sucesivo, de una modalidad preferida pero no exclusiva del presente hallazgo, con referencia a las figuras adjuntas se proporcionaron para objetivos de ejemplo y no limitativos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La figura 1 muestra esquemáticamente una primera etapa del método de fabricación de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 muestra esquemáticamente una vista en perspectiva de un detalle de un panel térmico solar al vacío fabricado de acuerdo con el método de la presente invención; La Figura 3 muestra esquemáticamente una sección transversal del detalle de la figura 2; La figura 4 muestra un detalle ampliado de la sección transversal en la figura 3.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Un panel térmico solar al vacío según la presente invención comprende una cubierta hermética al vacío en forma de caja considerablemente plana que define un volumen sellado y capaz de soportar la presión atmosférica cuando se evacúa .

La cubierta hermética al vacio comprende medios de absorción de calor, una pipa, una estructura de soporte de la placa de vidrio y posiblemente otros elementos funcionales que no sean dependientes de la presente invención, y por lo tanto no están representados en los dibujos adjuntos.

La cubierta hermética al vacio está definida por una placa de vidrio frontal 1, considerablemente rectangular en la forma, y una placa inferior metálica 2 de más o menos el tamaño mismo paralelo a la misma. Las dos placas 1, 2 se mantienen en una relación separada por un marco periférico 3 soldadas a la placa inferior metálica 2, y por una correa periférica 4 que conecta el marco periférico 3 a la placa frontal de vidrio 1.

El marco periférico 3 y la correa 4 definen un plano periférico x preferentemente ortogonal con respecto a la placa de vidrio frontal 1.

El marco periférico 3 tiene un espesor comprendido entre 0.5 y 5 mm, preferiblemente 1.5 mm y presenta un comportamiento rígido, mientras que la banda periférica 4 es más delgada (su espesor está comprendido entre 0.1 y 1 mm) y exhibe un comportamiento elástico.

Un borde superior 33 del marco periférico 3 que señala hacia la placa de vidrio frontal 1 está soldada a un borde inferior correspondiente 43 de la banda periférica 4 a lo largo de una costura longitudinal L. Como se puede ver en la figura 4, los lados exteriores de los dos elementos periféricos están alineados, de modo que la superficie exterior de la cubierta hermética al vacio es suave en la costura longitudinal L en el interior, la superficie de la cubierta dispone de un paso en la costura longitudinal L dado el diferente espesor de los dos elementos periféricos.

El borde opuesto del marco periférico 3, que se denominará borde de unión 32 en el siguiente, está ligeramente inclinado con respecto al plano periférico previamente definido x. En particular, el borde de unión 32 está inclinado hacia fuera con respecto al interior de la cubierta hermética al vacio, en un ángulo de aproximadamente 30 grados.

El borde de unión 32 del marco periférico 3 está soldado a un borde de unión correspondiente 22 de la placa inferior metálica 2. De hecho, la placa inferior metálica 2 es plana, dicho borde de unión periférico 22 está inclinado con respecto a una parte principal de la placa. La inclinación del borde de unión 22 de la placa inferior metálica 2 coincide con la inclinación del borde de unión 32 del marco periférico 3, es decir, el borde de unión 22 está inclinado en un ángulo de aproximadamente 60 grados con respecto a la porción principal del placa de metal inferior 2. El término ajuste de la inclinación del borde de unión significa que el ángulo formado por el plano identificado por el marco periférico 3 y el identificado por la placa de fondo de metal 2 es aproximadamente ortogonal. Esto explica porque en un ángulo de 30 grados de la borde de unión 32 corresponde un ángulo de juego para el borde de unión 22 de la placa inferior metálica 2 de 60 grados .

El marco periférico 3 cuenta con una primera nervadura longitudinal 31, semi-circular en su sección transversal, que sobresale hacia el exterior de la cubierta hermética al vacio con respecto al plano x periférica.

La banda periférica dispone de una segunda nervadura longitudinal 41, semi-circular en su sección transversal, que sobresale hacia el exterior de la cubierta hermética al vacio con respecto al plano x periférico.

La cubierta hermética al vacio está fabricada de acuerdo con una etapa de fabricación que descrito en el presente .

Preliminarmente, una primera banda de metal 3' y una segunda tira de metal 4' se proporcionan. La primera banda de metal 3' se toma de una chapa de acero más gruesa con un espesor comprendido entre 0.5 y 5 mm, mientras que la segunda tira 4' se toma de una hoja más delgada (su espesor está comprendido entre 0.1 y 1 mm) de un aleación de expansión controlada (aleación preferentemente NiFe 48) que tiene considerablemente el mismo coeficiente de expansión térmica del vidrio de sosa-cal empleado para la placa frontal de vidrio 1.

En un primer paso del método de fabricación, la primera banda de metal 3' está en linea de borde soldado a borde con la segunda banda de metal 4 ' con el fin de formar una franja bimetálica de pre-soldada, es decir, el borde superior 33 del marco periférico 3 está en linea soldada con el borde inferior 43 de la banda periférica 4. Preferiblemente, dicha operación se realiza por soldadura por arco a una velocidad de al menos 0.5 m por minuto o por láser y soldadura por haz de electrones a una velocidad de 5 m por minuto. Dicha etapa de soldadura se lleva a cabo preferiblemente teniendo cuidado de alinear las superficies exteriores (es decir, las superficies que se enfrentarán eventualmente el exterior de la cubierta hermética al vacio resultante) de las primera y segunda tiras de metal 3', 4'.

Los dos extremos opuestos de la franja bimetálica resultante se unen entonces juntos y se sueldan a lo largo de una costura transversal Z, con el fin de formar un circuito cerrado.

En un segundo paso, se forma la franja bimetálica en bucle en la forma rectangular deseada a través de técnicas de formación de metal conocidas. En tal paso, la primera banda de metal 3' tiene la forma de marco periférico 3 descrito anteriormente, mientras que la segunda banda de metal 4 ' toma la forma de la cinta periférica 4. En particular, el borde de unión 32 del marco periférico 3 se dobla en su posición final y la primera y segunda nervadura longitudinal 31, 41 se obtienen.

Después del paso de soldadura, la banda periférica resultante 4 está unida al lado interior de la placa frontal de vidrio 1, a una corta distancia desde el perímetro exterior de la placa. En tal paso, un sello de vidrio-metal hermético al vacío 11 se obtiene de una manera conocida. En particular, el sello hermético al vacío 11 se forma por calentamiento local que determina la fusión y la posterior solidificación del material de vidrio, el material de vidrio fundido puede ser parte de la placa frontal de vidrio 1 en sí o bien un material fritado diferente .

Mientras tanto, el perímetro de una placa de acero rectangular, se dobla a través de la formación de metal con el fin de obtener la placa de fondo de metal 2 con el borde de unión inclinada 22.

Todos los otros componentes del panel como medios de absorción de calor, un tubo, una estructura de soporte de placa de vidrio y todos los demás elementos funcionales que no pertenecen a la presente invención se unen entonces a la placa inferior metálica 2.

En un paso final, los bordes de unión 22, 32 de la placa inferior metálica 2 y de la trama periférica 3 se presionan uno contra el otro y se sueldan con el fin de completar la estructura de la cubierta hermética al vacio.

Obviamente, el hallazgo antes descrito puede ser sometido a numerosas modificaciones y variantes por un técnico en la materia con el objetivo de cumplir con los requisitos posibles y específicos, todos dentro del alcance de la protección de la invención como se define por las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método para la fabricación de una cubierta hermética al vacio para un panel térmico solar al vacio, dicha cubierta hermética al vacio está definida por una placa frontal de vidrio (1) transparente para la radiación solar, una placa inferior metálica (2), un marco periférico (3) unido a la placa inferior metálica (2), y una banda periférica (4) que conecta dicho marco periférico (3) a la placa frontal de vidrio (1); dicho método comprende los siguientes pasos: Unir de borde a borde una primera franja metálica (31) a una segunda banda de metal (41) con el fin de formar una franja bimetálica, y luego unir los extremos opuestos de dicha franja bimetálica con el fin de formar un circuito cerrado; - Después de dicho paso de unión, formar dicha primera franja de metal (3') en el marco periférico (3) y dicha segunda franja metálica (4') en la banda periférica (4) ; - Después de dichos pasos de unión y formación, sellar el borde libre de la banda periférica (4) a la placa frontal de vidrio (1); - Después de dichos pasos de unión y formación, unir la placa inferior metálica (2) al marco periférico (3) .

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque durante el paso de formación del borde libre resultante del marco periférico (3) está inclinado con respecto a un plano periférico (x) , en la que la banda periférica (4) y el marco (3) tienen lugar, con el fin de definir un borde de unión (32); el método que comprende un paso de formación de la placa inferior metálica (2), con el fin de determinar un borde de unión (22) inclinado para que coincida con la inclinación del borde de unión (32) del marco periférico (3) ; el paso de unión de la placa inferior metálica (2) para el marco periférico (3) llevándose a cabo después del paso de sellado, durante dicho paso de unión el borde de unión (22) de la placa inferior metálica (2) se une al borde de unión (32) del marco periférico (3) .

3. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho borde de unión (32) está inclinado hacia fuera con respecto a la cubierta hermética al vacio resultante.

4. Método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho borde de unión (32) está inclinado en un ángulo comprendido entre 5 grados y 45 grados con respecto al plano periférico (x) .

5. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el marco periférico (3) es rígido y la banda periférica (4) es deformable .

6. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera franja metálica (31) tiene un coeficiente de expansión térmica ajustando la placa frontal de vidrio (1).

7. Método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la primera franja metálica (3') está hecho de una aleación de expansión controlada.

8. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera franja metálica (3') es más gruesa que la segunda franja metálica (4')/ los lados de las franjas metálicas primera y segunda (3', 4') correspondientes al lado exterior de la cubierta hermética al vacío resultante está alineada durante el paso de unión de borde a borde de las franjas metálicas primera y segunda (3', 4').

9. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de formación comprende un paso de formación de una primera nervadura longitudinal (31) en el marco periférico (3) .

10. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de formación comprende un paso de formación de una segunda nervadura longitudinal (41) en la banda periférica (4) .

11. Método de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de sellado se realiza por un proceso térmico que determina la fusión y la posterior solidificación del material de vidrio que forma un sello hermético al vacio (11) .

12. Panel térmico solar al vacio que comprende una cubierta hermética al vacio está definida por una placa frontal de vidrio (1) transparente para la radiación solar, una placa inferior metálica (2), un marco periférico (3) unidos a la placa inferior metálica (2) , y una banda periférica (4) que conecta dicho marco periférico (3) a la placa frontal de vidrio (1) , caracterizado en que dicho marco periférico (3) se formó fuera de una primera banda periférica (3') y dicha banda periférica (4) se forma fuera de una segunda franja metálica (4'), dicha primera banda de metal (31) y dicha segunda franja metálica (4') que se unió de borde a borde con el fin de formar una franja bimetálica, y en que el marco periférico (3) comprende un borde de unión (32) inclinado con respecto a un plano periférico (x) en el que la banda periférica (4) y el marco (3) se encuentran, y la placa inferior metálica (2) comprende un borde de unión (22) inclinado con respecto al plano de la placa inferior metálico por un ángulo que ajusta el ángulo del borde de unión (32) del marco periférico (3), dichos bordes de unión (22, 32) de la placa inferior metálica (2) y del marco periférico (3) están unidos entre si.

13. Panel térmico solar al vacio de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque dicho borde de unión (32) está inclinado hacia fuera con respecto a la cubierta hermética al vacio en un ángulo comprendido entre 5 grados y 45 grados con respecto al plano periférico (x) .

14. Panel térmico solar al vacio de conformidad con una de las reivindicaciones 12-13, caracterizado porque el marco periférico (3) consta de una primera nervadura longitudinal (31) .

15. Panel térmico solar al vacio de conformidad con una de las reivindicaciones 12-14, caracterizado porque la banda periférica (4) consta de una segunda nervadura longitudinal (41).