WO2011042579A2 - Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable - Google Patents

Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable Download PDF

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Javier Asensio Perez Ullivarrl
Pablo José BOMBIN ORTEGA
Javier Pelaez Fombellida
José Ángel RICO SANCHEZ
Daniel Montes Garcia
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the present invention describes a vacuum indicator system or evaporable getter of those used in solar receiver tubes.
  • a vacuum indicator or evaporable getter consists of a tank of a volatile and reactive material that is introduced inside the vacuum zone so that, once the area is sealed, the material is heated and evaporated, deposited in the walls of the borosilicate tube and leaving a coating that will change color by oxidation if vacuum loss occurs.
  • getter material is barium.
  • more complex getters are often used, including aluminum, magnesium, calcium, sodium, strontium, cesium and phosphorus.
  • the evaporable getter of the invention will be used in a vacuum tube of those used as solar receivers.
  • these receivers consist of two concentric tubes between which vacuum is generated.
  • the inner tube, through which the heating fluid circulates, is metallic and the outer tube is glass, usually borosilicate.
  • a bellows-shaped expansion compensating device is placed, so that it allows the relative movement between the absorbent tube and the glass tube, absorbing the tensions that would be created by the difference between the expansion coefficients of both and guaranteeing So the void.
  • this type of tube requires the installation of materials that detect and suppress hydrogen molecules that can be introduced into the vacuum zone. These molecules are produced by the thermal degeneration suffered by the oil that is used as a heat transfer fluid and circulates inside the metal tube, due to the high temperatures it reaches. These molecules end up passing through the metal tube and entering the vacuum zone, increasing losses and, consequently, significantly reducing the efficiency of the system.
  • alloys of the non-evaporable getter type are always installed in the vacuum zone so that, in the case of any H 2 molecule, it is captured by the surface of this material.
  • This document discloses a clip for retaining the elements that support the getter (or vacuum indicators).
  • This clip has the area that supports the evaporable element and the area that supports the receiving tube. These areas have a certain elasticity and are made of sheet metal. Both areas have legs to hold the receiver tube and to support the getter. The legs of both zones are joined through two rigid bending edges.
  • This geometry is adapted to the type of receiver tube that the SCHOTT applicant has, but it would not be valid for other designs in which there was for example borosilicate tube, concentric with absorber tube since it would interfere with it, in addition to requiring a completely handmade assembly.
  • the US2004134484 patent also shows another support for getter but in this case formed by a channel (37) to which some legs (36) are attached that attach it to the absorber tube.
  • the CN201209968 patent also shows an evaporable getter support that has a greater ease of attachment to the absorber tube but also requires several parts and welding for its manufacture and location.
  • the present invention aims to provide a new geometry or a new design for the support of an evaporable getter so that it can be adapted to all types of receiver tubes in addition to achieving a more automated assembly.
  • the invention consists of an evaporable getter support system that is designed as an alternative to what already exists in the market to be able to be installed in other types of solar energy receiving tubes and that has a much more automated assembly procedure than what exists until the moment.
  • This system unlike the known state of the art, consists of a support composed of a single piece, of clip type and of more or less slender profile, whose upper part has a ring shape as it is where the evaporable getter tablet is housed .
  • This tablet is supported by the legs of the stand itself, avoiding a piece of additional interface, as with most existing supports in the state of the art.
  • This clip is fixed to the bellows expansion compensator, so that it is located within what will be the vacuum zone and so that it is accessible and manipulable from the outside, until the moment the end of the tube is closed to realize this vacuum.
  • the support piece has a homogenized thickness that guarantees a sufficient and constant section to generate the electric field required for its heating as well as to withstand high temperatures.
  • FIG. 5 Perspective of the support located on the compensator
  • the support (1) in perspective. It can be seen that it is a support (1) in the form of a clip, made entirely of one piece, formed by two pins (2) that in its lower part, as seen in the Profile view of figure 4, they are folded forming a "S" (3) slightly deformed and joined at its top forming a ring (4), as seen in the elevation of figure 3, this ring being the place where the tablet (5) (figure 5) of evaporable getter will be located.
  • Figure 5 shows how the support (1) is secured inside the receiver tube: the clip shape (3) of the lower part allows this support to be easily attached to the expansion compensating element (6), being secured in turn with a mooring element in the form of a bridge (7).
  • the thickness will be 1 mm and will have the height that is desired and geometrically allowed, without affecting its functionality.
  • the support is located at the base of the compensator, accessible and manipulable from outside to inside, and being manipulable throughout the process except for the successive activity of the execution of the vacuum process.

Abstract

Sistema de soporte de getter evaporable que permite ser instalado en todos los tipos de tubos receptores de energía solar y que posee un procedimiento de montaje mucho más automatizado que lo existente hasta el momento. Este sistema, a diferencia del estado de la técnica conocido, consiste en un soporte tipo clip de perfil más o menos esbelto y en forma de "S" su base, que posee un anillo en su parte superior donde se aloja la pastilla de getter evaporable. Esta es soportada por las pastillas del propio soporte, evitando una pieza de interfase adicional para la sujeción de la pastilla. Este clip se fija al compensador de expansión tipo fuelle, de manera que quede ubicado dentro de la zona de vacío del tubo receptor solar.

Description

SISTEMA DE SOPORTE DE INDICADOR DE VACÍO O GETTER EVAPORABLE Sector técnico de la invención
La presente invención describe un sistema de indicador de vacío o getter evaporable de los utilizados en los tubos receptores solares.
Antecedentes de la invención
Un indicador de vacío o getter evaporable consiste en un depósito de un material volátil y reactivo que se introduce en el interior de la zona con vacío de forma que, una vez que la zona está sellada, el material se calienta y se evapora, depositándose en las paredes del tubo de borosilicato y dejando un recubrimiento que cambiará de color por oxidación si se produce la perdida del vacío. Se usan comúnmente en los tubos de vacío y el material getter usado es el bario. Para grandes tubos se suelen utilizar getters más complejos, incluyendo aluminio, magnesio, calcio, sodio, estroncio, cesio y fósforo.
El getter evaporable de la invención será utilizado en un tubo de vacío de los que se emplean como receptores solares. En general, estos receptores constan de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera vacío. 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 absorbente 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 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, aumentando las pérdidas y, en consecuencia, disminuyendo de manera impor- tante la eficiencia del sistema.
Es por eso que siempre se instalan aleaciones del tipo getter no evaporable en la zona de vacío para que, en el caso de que haya alguna molécula de H2, sea captada por la superficie de este material.
Pero además de los getter no evaporables que solucionan el escape de partículas se instalan getters evaporables que detectan si ha habido pérdidas de vacío. El desarrollo de la invención que aquí se presenta describe una nueva geometría para el soporte de un getter evaporable.
Se pueden nombrar varios antecedentes de este tipo de getters, entre otros la patente ES 2241 37 A1 de SCHOTT. En este documento se divulga una grapa para retén de los elementos que soportan los getter (o indicadores de vacío). Esta grapa cuenta con la zona que soporta el elemento evaporable y la zona que sirve de apoyo en el tubo receptor. Dichas zonas cuentan con cierta elasticidad y están realizadas en chapa. Ambas zonas cuentan con patas para agarrarse al tubo receptor y para soportar el getter. Las patas de ambas zonas se unen a través de dos aristas rígidas a la flexión.
Esta geometría está adaptada al tipo de tubo receptor que el solicitante SCHOTT posee, pero no sería válido para otros diseños en los que existiera por ejemplo tubo de borosilicato, concéntrico con tubo absorbedor ya que interferiría con éste, además de requerir un montaje completamente artesanal.
La patente US2004134484 muestra también otro soporte para getter pero en este caso formado por un canal (37) al que se le acoplan unas patas (36) que lo sujetan al tubo absorbedor.
La patente CN201209968 también muestra un soporte de getter evaporable que cuenta con una mayor facilidad de sujeción al tubo absorbedor pero que también requiere de varías piezas y de soldadura para su fabricación y ubicación.
Es por esto que la presente invención tiene como objetivo proporcionar una nueva geometría o un nuevo diseño para el soporte de un getter evaporable de manera que se pueda adaptar a todo tipo de tubos receptores además de lograr un montaje más automatizado.
Descripción de la invención
La invención consiste en un sistema de soporte de getter evaporable que se diseña como alternativa a lo ya existente en el mercado para poder ser instalado en otros tipos de tubos receptores de energía solar y que posee un procedimiento de montaje mucho más automatizado que lo existente hasta el momento.
Este sistema, a diferencia del estado de la técnica conocido, consiste en un soporte compuesto por una sola pieza, de tipo clip y de perfil más o menos esbelto, cuya parte superior tiene forma de anillo pues es donde se aloja la pastilla de getter evaporable. Esta pastilla es soportada por las patas del propio soporte, evitando una pieza de interfase adicional, como ocurre con la mayoría de los soportes existentes en el estado de la técnica.
Este clip se fija al compensador de expansión tipo fuelle, de manera que quede ubicado dentro de lo que será la zona de vacío y de forma que sea accesible y manipu- lable desde el exterior, hasta el momento en que se cierre el extremo del tubo para realizar dicho vacío.
Además, la pieza soporte posee un espesor homogeneizado que garantiza una sección suficiente y constante para generar el campo eléctrico requerido para su calentamiento así como para soportar altas temperaturas.
Las propiedades básicas de este soporte de getter evaporable son:
• Excelente resistencia a la corrosión
• Excelente factor de higiene - limpieza
• Fáciles de fabricar y cortar
• No se endurecen por tratamiento térmico
· Se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas
• Montaje sencillo
Todas estas propiedades consiguen que suponga un avance importante frente a lo ya conocido en el estado de la técnica.
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 : Perspectiva del soporte
Figura 2: Planta del soporte
Figura 3: Alzado del soporte
Figura 4: Perfil del soporte
Figura 5: Perspectiva del soporte ubicado sobre el compensador
Realización preferente de la invención
Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el soporte del getter evaporable según una realización preferente.
En primer lugar y según se observa en la figura 1 , vemos el soporte (1) en perspectiva. Se puede observar que se trata de un soporte (1) en forma de clip, realizado todo de una pieza, formado por dos patillas (2) que en su parte inferior, según se ve en la vista de perfil de la figura 4, se pliegan formando una "S" (3) ligeramente deformada y que se unen en un su parte superior formando un anillo (4), como se ve en el alzado de la figura 3, siendo este anillo el lugar donde se ubicará la pastilla (5) (figura 5) de getter evaporable.
En la figura 5 se observa cómo se realiza la sujeción del soporte (1) en el interior del tubo receptor: la forma de clip (3) de la parte inferior permite enganchar este soporte de forma sencilla al elemento compensador de expansión (6), siendo asegurado a su vez con un elemento de amarre en forma de puente (7).
En una realización preferente el espesor será de 1 mm y tendrá la altura que se des- ee y geométricamente se permita, sin afectar a su funcionalidad.
El soporte se sitúa en la base del compensador, accesible y manipulable desde exterior a interior, y siendo manipulable en todo el proceso a excepción de la actividad sucesiva de la ejecución del proceso de vacío.
A continuación se explica brevemente uno de los posibles procesos de fabricación y su funcionabilidad, así como las características del soporte por las cuales se ha optado al emplear este diseño.
En el proceso de fabricación se partiría de un fleje de acero austenítico sobre el cual, a través de una plantilla de corte o método similar, se podría obtener el patrón de la pieza desplegada, pudiendo cortarse por chorro de agua, láser o equivalente con desviaciones mínimas.
Posteriormente se realizarían una serie de doblados secuencíales para poder obtener la geometría de clip (3). Estos doblados requieren de un procedimientos con bajo nivel de precisión y esfuerzos.
Se terminaría la fabricación con la fase de plegado, dado que no hay que hacer ope- raciones de mecanizado ni acabado de la pieza, pues son suficientes las características intrínsecas en el material teniendo en cuenta el uso que se realiza del mismo. La utilización de un acero austenítico, además de por sus propiedades estructurales y térmicas (pues conserva muy buenas características mecánicas y físicas a altas temperaturas) está argumentado por la compatibilidad a la hora de soldarlo (se ha de soldar el soporte en forma de puente (7) sobre el anillo del compensador de expansión (6)) ya que ambas piezas a unir son del mismo material. Este sistema se diseña especialmente para su aplicación en los soportes de getter evaporable para tubos receptores solares, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable caracterizado porque se trata de un soporte (1) en forma de clip (3), de espesor homogéneo y realizado todo de una pieza, formado por dos patillas (2) que en su parte infe- rior se pliegan formando una "S" (3) ligeramente deformada y que se unen en un su parte superior formando un anillo (4).
2. Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el anillo (4) será el lugar donde se ubicará la pastilla de getter evaporable.
3. Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el soporte (1 ) se engancha de forma sencilla al elemento compensador de expansión (6) del tubo receptor valiéndose de la forma de clip (3) de la parte inferior y siendo asegurado a su vez con un elemento de amarre en forma de puente (7).
4. Sistema de soporte de indicador de vacío o getter evaporable según reivindicación 1 caracterizado porque el soporte (1) se realizará en acero austenítico debido a las altas temperaturas a las que se le va a someter.
5. Procedimiento de fabricación y montaje de un soporte de indicador de vacío o getter evaporable como el descrito en las reivindicaciones anteriores caracteri- zado porque dicho proceso parte de un fleje de acero austenítico sobre el cual, a través de una plantilla de corte o método similar, se obtiene el patrón de la pieza desplegada, pudiendo cortarse por chorro de agua, láser o equivalente con desviaciones mínimas. Posteriormente se realiza una serie de doblados secuenciales para poder obtener la geometría de clip (3). Esa forma de clip (3) de la parte inferior permite enganchar este soporte de forma muy sencilla al elemento compensador de expansión (6), siendo asegurado a su vez con un elemento de amarre en forma de puente (7) que en un proceso independiente ha sido soldado al anillo del elemento compensador de expansión (6).
6. Procedimiento de fabricación y montaje de un soporte de indicador de vacío o getter evaporable según reivindicación 5 caracterizado porque la etapa de corte se realiza por láser con desviación de +- 1 mm.
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