MXPA06013659A

MXPA06013659A - Tubo de absorcion.

Info

Publication number: MXPA06013659A
Application number: MXPA06013659A
Authority: MX
Inventors: Thomas Kuckelkorn; Nikolaus Benz
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-10-09
Also published as: ITTO20060837A1; US20070235023A1; DE102005057277A1; ES2328313B1; ES2328313A1; IL179261A; CN1971168A; DE102005057277B4; IL179261A0

Abstract

Se describe un tubo de absorción 1 para aplicaciones térmicas solares, que presenta un tubo central 3 de acero que contiene cromo y un tubo envolvente de vidrio 2 que rodea al tubo central 3, formando un espacio anular 6 entre el tubo central 3 y el tubo envolvente 2. El tubo central 3 presenta cuando menos en su interior una capa de barrera 4 continuamente impermeable al hidrógeno, la cual contiene cromo. Se describe también un procedimiento para producir un tubo central 3 en el cual el tubo central 3 se trata con un vapor de agua que contiene hidrógeno libre, a temperaturas de 5000 C a 700° C para producir una capa de barrera constantemente impermeable al hidrógeno.

Description

TUBO DE ABSORCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un tubo de absorción para aplicaciones térmicas solares de acuerdo con la idea general de la reivindicación 1. Además la invención se refiere a un procedimiento para producir el tubo central de ese tipo de absorbedor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los tubos de absorción para colectores parabólicos acanalados se utilizan para aprovechar la energía de la radiación solar. La energía de la radiación solar se contra a través de un espejo especial en un tubo de absorción y se transforma en calor. El calor se conduce a través de un medio portador de calor y directamente se utiliza como calor de proceso o se transforma en energía eléctrica . Esos tubos de absorción consisten de un tubo central recubierto y un tubo envolvente de vidrio. El espacio anular entre los tubos se evacúa. Durante el funcionamiento a través del tubo central se bombea un líquido portador de calor, en especial un aceite. Un tubo de absorción de ese tipo se conoce por ejemplo por la DE 102 31 467 B4. En los extremos libres del tubo envolvente se encuentra colocado un elemento de transición vidrio-metal. El tubo central y el elemento de transición vidrio-metal están unidos entre si en la dirección longitudinal de forma desplazable relativa entre si por medio de un dispositivo compensador de la expansión. Por medio del añejamiento del liquido portador de calor se forma hidrógeno libre, el cual se disuelve en el liquido portador de calor. Ese hidrógeno permea a través del tubo central a la zona anular evacuada entre el tubo central y el tubo envolvente de vidrio. La tasa de permeación aumenta al aumentar la temperatura operativa, que se encuentra a 300° C a 400° C, con lo cual aumenta también la presión en la zona anular. Ese aumento de presión conduce a mayores pérdidas de calor y a un menor grado de efectividad del tubo de absorción. Para mantener el vacio en el espacio anular, se requieren medidas correspondientes. Una medida para eliminar el hidrógeno en el espacio anular, consiste en ligarlo por medio de materiales adecuados. Para mantener el vacio se utiliza en la zona anular un material afinador de vacio conocido como Getter, el cual se liga con el gas de hidrógeno, el cual entra al espacio anular a través del tubo central. Si se agota la capacidad del afinador de vacio, entonces aumenta la presión en la separación anular, hasta que en la separación anular se encuentra en un equilibrio con la presión parcial del hidrógeno disuelto en el medio portador de calor. La presión de equilibrio del hidrógeno en el espacio anular en el caso de tubos de absorción conocidos asciende a entre 0.3 mbar y 3 mbar. Por medio del hidrogeno aumenta la conducción de calor en la separación anular. Debido a la conducción de calor aproximadamente 5 veces más alta en comparación al aire, las pérdidas de calor son claramente mayores que en el caso de tubos de absorción no evacuados. Por el documento WO2004/063640 Al se conoce un sistema afinador de vacio tipo Getter, en el cual se coloca un canal de material afinador de vacio en el espacio anular entre el tubo central y el tubo envolvente. Esta configuración tiene la desventaja de que el canal se encuentra en una zona la cual puede estar sujeta a la radiación directa. En especial los rayos que saliendo del espejo pierden el tubo central o solo inciden en el de forma parcial y es reflejada una alta fracción de ellos, pueden calentar el canal de material afinador de vacio tipo Getter. Ya que el canal de material afinador de vacio se encuentra al vacio y está térmicamente separado del tubo central y el tubo envolvente, puede variar fuertemente la temperatura de los canales y con esto del material afinador de vacio dependiendo de la radiación. Ya que los materiales afinadores de vacio tipo Getter en el caso de un grado de carga predeterminado, presentan una presión de equilibrio dependiente de la temperatura (equilibrio entre la desorción y la adsorción de gas), las variaciones de temperatura del material afinador de vacio conducen a variaciones de presión indeseables. Después de utilizarse el material afinador de vacio aumenta fuertemente la temperatura del tubo envolvente y el tubo de absorción se vuelve inservible. Del texto "Initial oxidation and chromium diffusion. I. Effects of surface working on 9-20% Cr steels" de Ostwald y Grabke en Corrosión Science 46 (2004), 1113-1127 se conoce el proporcionar una capa de óxido de cromo a los aceros que contienen cromo. Para proteger a esos aceros en medios más agresivos, por medio de una atmósfera de H2-H2O se produce un recubrimiento que consiste de una capa interna de Cr2Ü3 y de una capa exterior de espinela de (Mn,Fe) Cr204. SUMARIO DE LA INVENCION La tarea de la invención es presentar un tubo de absorción que posee pérdidas de calor menores que los tubos de absorción comunes. Esa tarea se resuelve con un tubo de absorción, en el cual el tubo central cuando menos en el interior presenta una capa de barrera continuamente impermeable al hidrógeno, capa que contiene óxido de cromo.

Sorprendentemente se ha descubierto que las capas que presentan óxido de cromo evitan continuamente el paso del hidrógeno. La difusión del hidrogeno del interior del tubo central en el espacio anular puede reducirse hasta en un factor de 50 por medio de la capa de barrera . La capa que presenta óxido de cromo se obtiene por medio de un tratamiento del tubo central consistente de acero, en especial acero inoxidable, en el cual la capa superficial del tubo central se transforma en la capa que contiene óxido de cromo. Preferentemente el grosor de la capa de barrera asciende a 0.5 pm a 10 pm. En el caso de capas más delgadas el efecto de barrera de la capa de barrera se reduce fuertemente. En el caso de capas más gruesas aumenta la formación de desgarres al variar la temperatura, con lo cual igualmente se reduce el efecto de barrera. La fracción del óxido de cromo en la capa de barrera asciende preferentemente a de 20 a 60% en peso, en especial 30 a 50% en peso. La fracción de cromo se determina por la duración de cromo en el acero y el tipo y la duración del tratamiento del tubo central, como se muestra en referencia con las reivindicaciones del procedimiento. Aquí se ha determinado que el efecto de barrera contra el hidrógeno empieza a partir de una fracción de sodio de cromo del 20% en peso. Preferentemente también el tubo central presenta en el exterior una capa exterior que contiene óxido de cromo. Aquí sin embargo se prefiere que el grosor de la capa exterior sea menor que el grosor de la capa de barrera. Esta capa sirve de hecho como capa adhesiva para la capa delgada que selectivamente se aplicará. El grosor de la capa exterior se encuentra preferentemente a >0.1 pm. Se ha mostrado que en el caso de capas gruesas, esto es en caso de capas con un grosor >0.1 µ??, sobre la superficie de la capa de óxido de cromo se forma una capa de espinela, la cual presenta una superficie rugosa y en si es porosa. Esa capa de espinela no es adecuada para portar una capa delgada selectiva correspondientemente lisa. En la capa de barrera interna la capa de espinela no es molesta ya que son posibles mayores grosores. El procedimiento para producir el tubo central de acero que presenta cromo, en especial un acero de cromo-níquel prevé que primero se produzca un tubo central de acero, en especial de acero inoxidable y que subsecuentemente se someta a ese tubo central a una oxidación por vapor, con lo cual el tubo central es tratado con un vapor de agua que contiene hidrógeno libre, a temperaturas de 500° a 700°C para producir, cuando menos en el interior del tubo central, una capa de barrera continuamente impermeable al hidrógeno, la cual contiene óxido. Preferentemente la proporción ??=?2/?2? del vapor para el tratamiento del exterior del tubo central se selecciona mayor a la proporción Vi=H2/H20 del vapor para el tratamiento del interior del tubo central. Por medio de esa medida se evita la formación de la capa de espinela sobre el exterior. Una proporción preferida VA se encuentra entre 10 y 1000 mientras que la proporción Vi preferentemente VA> 10 ' Vi.

De acuerdo con otra forma de realización puede reducirse el grosor de la capa formada en el exterior por medio del procesamiento exterior del tubo central antes del tratamiento con vapor, de tal forma que se ajusta la rugosidad a Ra<0.3. Preferentemente se ajusta la rugosidad a Ra<0.25. Como tratamiento puede realizarse un proceso de pulido en el exterior del tubo central. En el caso de esta segunda forma de realización no se requieren diferentes proporciones VA y Vi, sin embargo pueden considerarse como apoyo. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Una forma de realización ej emplificativa se describe a continuación con la ayuda de la figura. La figura 1 muestra una sección de un tubo de absorción. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la figura 1 se muestra un tubo de absorción 1, que presenta un tubo envolvente 2 consistente de vidrio y un tubo central 3. Entre el tubo central 3 y el tubo envolvente 2 se forma un espacio anular 6. En el tubo central 3 fluye un medio portador de calor, que presenta un hidrógeno libre, que a través del tubo metálico 3 llega al espacio anular 6. Para evitar la permeación del hidrógeno libre, el tubo central 3, que por ejemplo puede consistir de acero X2 cromo-niquel-molibdeno 17-12-2/material no. 1.4404 , en el interior está provisto con una capa de barrera 4, la cual contiene Ce203. La capa interior 4 presenta un grosor de por ejemplo 10 µp? y se divide en una primera capa que se encuentra directamente sobre el tubo metálico con una fracción de Cr203 del 30%, una fracción de NiO de 15 a 18% y una fracción de Fe2Ü3 de 50 a 54%. Sobre esta capa se encuentra otra capa que consiste principalmente, esto es hasta en un 98% de Fe2C>3. La fracción de cromo asciende solo a aproximadamente 1 a 2%. Esta segunda capa que forma la capa de espinela, contiene todavía una fracción reducida de óxido de níquel . En el exterior el tubo central 3 presenta una capa exterior 5, que presenta un grosor de 0.05 pm. Esta capa 5 no presenta capa de espinela. La producción de las capas de óxido 4,5 se realiza con un procedimiento de oxidación por vapor de acuerdo con los siguientes parámetros: Proporción H2/H2O = 1 para ambas capas 4,5 Superficie exterior del tubo central: pulida, Ra <0.2 pm Temperatura T = 500° C Duración del tratamiento: 5 horas Lista de referencia 1 Tubo de absorción 2 Tubo envolvente 3 Tubo central 4 Capa de barrera 5 Capa exterior 6 Espacio anular

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un tubo de absorción para aplicaciones térmicas solares en especial para colectores parabólicos acanalados en plantas térmicas solares, que presenta un tubo central de acero que contiene cromo, en especial acero inoxidable, y con un tubo envolvente de vidrio que rodea al tubo central formando un espacio anular entre el tubo central y el tubo envolvente, caracterizado porque el tubo central cuando menos de un lado presenta una capa de barrera continuamente impermeable al hidrógeno, capa que contiene óxido de cromo.

2. El tubo de absorción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el grosor de la capa de barrera asciende a 0.5 µp? a 10 µ?? .

3. El tubo de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la fracción de cromo en la capa de barrera asciende a de 20 a 60% en peso.

4. El tubo de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tubo central presenta en su exterior una capa externa que contiene óxido de cromo.

5. El tubo de absorción de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el grosor de la capa exterior es menor que el grosor de la capa de barrera .

6. El tubo de absorción de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque el grosor de la capa exteriores < 0.1 µp?.

7. Un procedimiento para producir un tubo central de un tubo de absorción para aplicaciones térmicas solares caracterizado porque consiste de las siguientes etapas: - producir previamente un tubo central de acero que contenga cromo, en especial acero inoxidable, - tratar el tubo central con un vapor de agua que contenga hidrógeno libre, a temperaturas de 500° C a 700° C para producir cuando menos en el interior del tubo central, una capa de barrera constantemente impermeable al hidrógeno, capa que contiene óxido de cromo .

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la proporción VA=H2/H20 del vapor para el tratamiento del exterior del tubo central se selecciona mayor a la proporción Vi=H2/H20 del vapor para el tratamiento del interior del tubo central .

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la proporción VA se encuentra entre 10 y 1000 mientras que la proporción Vi preferentemente VA> 10 ' Vi.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque antes del tratamiento con vapor se procesa el exterior del tubo central de tal forma que la rugosidad asciende a Ra<0.3.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 o 10, caracterizado porque antes del tratamiento con vapor se procesa el exterior del tubo central de tal forma que la rugosidad asciende a Ra<0.25.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 o 11 caracterizado porque se pule el exterior del tubo central.