Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales y procedimiento para la preparación in situ de dichos recubrimientos.

Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales y procedimiento para la preparación in situ de dichos recubrimientos mediante el empleo de un equipo portátil de proyección por plasma en el que se deposita una primera capa metálica de anclaje, preferiblemente de Ni20Cr, y una capa de material cerámico o cermet en unas condiciones tales que permiten obtener recubrimientos altamente absorbente en el rango solar, con muy buen comportamiento mecánico y alta durabilidad. El procedimiento también requiere unas etapas previas de secado del material a depositar y preparación superficial del sustrato

(superficie del receptor). La presente invención también se refiere a los recubrimientos así formados.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201301193.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MARTINEZ SANZ,NOELIA, BELLO FERNÁNDEZ,Azucena, POZA GÓMEZ,Pedro Alberto, MÚNEZ ALBA,Claudio José, RICO GARCÍA,Álvaro, ESCOBAR OROCOPEY,Marlen Edith.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > F24J2/00 (Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > C23C4/00 (Revestimiento por pulverización del material de revestimiento en estado fundido, p. ej. por pulverización a la llama, con plasma o por descarga eléctrica (soldadura de recarga B23K, p. ej. B23K 5/18, B23K 9/04; pistolas de pulverización B05B; fabricación de aleaciones que contienen fibras o filamentos mediante proyección térmica de metal C22C 47/16; pistolas de plasma H05H))

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Fragmento de la descripción:

Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales y procedimiento para la preparación in situ de dichos recubrimientos

Sector técnico de la invención

La presente invención se enmarca dentro de la tecnología solar termoeléctrica y se refiere, en particular, a recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales (torre y disco parabólico) con alta absortividad, con un buen comportamiento mecánico y de alta durabilidad. La presente invención también se refiere a un procedimiento para la preparación in situ de dichos recubrimientos. Antecedentes de la invención

El recubrimiento actualmente utilizado para receptores solares es una pintura con base siliconada denominada Pyromark® 2500, resistente a altas temperaturas. Esta pintura es altamente absorbente, diseñada para aplicaciones espaciales y solares. El principal inconveniente de este producto aplicado sobre receptores solares es su poca durabilidad. Las condiciones de operación del receptor provocan el agrietamiento acelerado de la pintura y su posterior descascarillado hasta que dejan al aire el receptor.

En el estado del arte existen algunos documentos referentes a la creación de recubrimientos absorbentes a base de pinturas. Por ejemplo, la patente ES2386051 describe un método de recubrimiento in situ de receptor solar de torre, que comprende la aplicación de una pintura y posterior curado.

La solicitud WO2012145283 divulga varias composiciones de pinturas con propiedades absorbentes en el espectro solar, así como los equipos y métodos empleados para llegar a dichas composiciones.

Otra de las técnicas consideradas para obtener recubrimientos es la proyección térmica debido al buen comportamiento de los recubrimientos que se obtienen mediante esta técnica. Así pues existen, en el estado del arte, numerosas patentes que hacen referencia a equipos, materias primas y técnicas de proyección térmica. En el sector solar, por ejemplo, la patente US20100294364 describe la aplicación de un recubrimiento proyectado térmicamente sobre un concentrador solar; el recubrimiento se proyecta térmicamente sobre una capa aislante. El documento US2009297721 también divulga un método para formar un recubrimiento in situ mediante proyección térmica y posterior curado.

En general, el inconveniente encontrado en los recubrimientos conocidos hasta

ahora es que no cumplen de forma conjunta con los requisitos que demandan actualmente los receptores solares centrales (por ejemplo de torre), los cuales son: alta absortividad en el espectro solar mayor del 90%, y emisividad en el rango infrarrojo menor del 95%, resistencia a altas temperaturas, integridad mecánica y gran durabilidad.

Con objeto de superar los inconvenientes encontrados en el estado de la técnica respecto a recubrimientos de receptores solares centrales, en la presente invención se propone un nuevo procedimiento que permite obtener recubrimientos con absortividades por encima del 90% y sin necesidad de tratamientos térmicos adicionales, además de presentar óptimas propiedades mecánicas y alta durabilidad. Como valor añadido, el método de deposición que se propone en la presente invención permite la deposición y/o reparación in situ de las composiciones con las que se recubre el receptor, lo cual aporta flexibilidad a la producción del recubrimiento.

Luego, la presente invención pretende ser una solución a la baja durabilidad de los productos utilizados en el estado del arte como recubrimientos solares absorbedores para receptores solares centrales, manteniendo buenas propiedades ópticas (alta absortividad en el espectro solar mayor del 90%, emisividad en el rango infrarrojo menor del 95%), además de solucionar los problemas de reparación en campo que presentan muchas de las técnicas de deposición del estado de la técnica.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a recubrimientos absorbentes para receptores solares y al procedimiento para la preparación in situ de dichos recubrimientos.

Los recubrimientos selectivos solares deben poseer unas propiedades ópticas definidas. La más importante es que deben tener una alta absortividad en el espectro solar. Además, es igualmente deseable que posean un valor de emisividad en el rango infrarrojo lo más bajo posible. De esta forma, se maximiza la energía de entrada al sistema y se minimizan las pérdidas por radiación, consiguiendo una mayor ganancia de energía en el receptor.

Los recubrimientos bicapa de la invención están formados por una capa externa 100% cerámica o cermet (según realización), con un alto contenido en material dieléctrico de elevada dureza, y una capa de enganche preferentemente Ni20Cr (aleación niquel-cromo) entre el sustrato metálico, superficie del receptor solar, y el material cerámico para mejorar la adherencia del recubrimiento.

En la selección del recubrimiento selectivo solar adecuado para receptores solares, el método de deposición de cada potencial producto es un factor totalmente determinante. Los receptores centrales trabajan directamente expuestos a la atmósfera, lo que reduce sustancialmente la durabilidad de las capas que los 5 recubren y requieren ser reparados de forma frecuente. En este caso, debido a las grandes dimensiones que pueden alcanzar este tipo de receptores y a la complejidad de su instalación, se describe un procedimiento para la preparación de recubrimientos in situ, lo que evita tener que montar, desmontar el receptor solar y transportarlo hasta instalaciones habilitadas para su repintado o reparación, y su 10 posterior montaje una vez reparados, lo cual además se traduce en un ahorro económico y de tiempo.

Por otro lado, es muy Importante que los recubrimientos de receptores centrales tengan una buena adherencia al sustrato (en este caso la propia superficie del receptor) y un buen comportamiento mecánico para que no se agrieten y 15 desconchen, provocando una pérdida de material, dejando al sustrato desnudo.

Los receptores solares están sometidos a altas temperaturas debido a sus niveles de concentración (pudiendo superar incluso los 1000 soles), por lo que requieren también de recubrimientos con alta durabilidad.

El procedimiento de la presente invención permite obtener in situ recubrimientos 20 bicapa con las características requeridas mencionadas anteriormente y se basa en el empleo de la técnica de proyección térmica haciendo uso de un sistema portátil de proyección por plasma. Se obtienen recubrimientos bicapa formados por una capa metálica de anclaje al receptor y una capa exterior absorbedora sobre la capa de anclaje.

La técnica de proyección térmica para la preparación de recubrimientos consiste en proyectar polvos fundidos o semifundidos de un material sobre una superficie, para ello se usan dos tipos de gases: gas portador que transporta los polvos de material a depositar hasta la zona donde se crea un plasma (hasta la boquilla del equipo de proyección térmica) y el gas plasmágeno, que se ioniza formando un plasma, 30 alcanzándose en la boquilla temperaturas de en torno a 10.000 K, lo que provoca el calentamiento e incluso la fusión del polvo a proyectar. También se usa un gas, denominado gas envolvente, que genera una atmósfera local protectora en el momento de la deposición. Los diferentes gases usados son gases inertes, por ejemplo, árgon.

El procedimiento de la presente invención comprende las siguientes etapas:

- secado del material a depositar en forma de polvo a temperaturas entre 150- 200°C. Con esto, se elimina la humedad del material proyectado, facilitando su proyección.

- preparación superficial del receptor: el objetivo de esta etapa es eliminar cualquier resto de suciedad, grasa, óxido, etc de la superficie del receptor.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales caracterizados por

comprender:

- una capa metálica de anclaje al receptor, siendo dicha capa de una aleación de níquel

- una capa absorbente situada sobre la capa de anclaje seleccionada de entre los siguientes compuestos: oxido de cromo (Cr203), mezcla de óxidos AI2O3-TÍO2, cermet Cr203-Mo y cermet Cr2O3-Ni20Cr.,

2.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1, donde la capa metálica es de una aleación Ni20Cr.

3.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1, donde la capa absorbente es de óxido de cromo Cr203 y presenta una rugosidad superficial (Ra) de entre 3 -8 micrómetros y una porosidad inferior al 17%.

4.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1 donde la segunda capa es de la mezcla de óxidos cerámicos Al203- 13%Ti02.

5.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1 donde la segunda capa es seleccionada de entre cermet Cr203-5%Mo,

cermet Cr203-10%Mo y cermet Cr203-15%Mo.

6.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 2 donde la segunda capa es de cermet Cr203- 20%Ni20Cr.

7.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1 donde la capa metálica de anclaje tiene un espesor de entre 70- 200^m de espesor.

8.- Recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales, según

reivindicación 1 donde la capa metálica de cerámico o cermet tiene un espesor superior a 100^m.

9.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según se han descrito en la reivindicación 1, caracterizado por comprender las siguientes etapas:

- secado del material a depositar en forma de polvo a temperaturas entre 150°C- 200°C,

- preparación superficial del receptor solar,

- deposición sobre el receptor de una capa metálica de anclaje de entre 70- 200pm mediante la técnica de proyección térmica a presión atmosférica mediante el empleo de un equipo portátil de proyección por plasma, donde el material de partida a depositar es polvo metálico de una aleación de níquel,

- deposición de una capa absorbedora sobre la capa metálica anteriormente

depositada mediante la técnica de proyección térmica a presión atmosférica mediante el empleo del equipo portátil de proyección por plasma, donde el material de partida a depositar es polvo de un material cerámico o cermet seleccionado de entre: oxido de cromo (Cr203), mezcla de óxidos Al203-Ti02, 10 cermet Cr203-Mo o cermet Cr2O3-Ni20Cr.,

y donde:

Intensidad de corriente: 45-65 A

Caudal de gas plasmógeno: 0,68-1,75 NLPM

Cantidad de polvo proyectado: 1,71-4,00g/min

10.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para

receptores solares centrales según reivindicación 9 donde la preparación superficial del receptor incluye el granallado o chorreado de la superficie de dicho receptor con un material abrasivo.

11.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para 20 receptores solares centrales según reivindicación 9 donde, previamente a la

deposición de una capa metálica de anclaje y posteriormente a la etapa de preparación superficial del receptor solar, se lleva a cabo una etapa de precalentamiento de la superficie del receptor hasta una temperatura de unos 200°C.

12.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para 25 receptores solares centrales según reivindicación 9 donde el polvo de partida para la

deposición de la capa metálica de anclaje es de una aleación Ni20Cr.

13.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 9 donde el polvo de partida para la deposición de la capa absorbedora es seleccionado de entre los siguientes

compuestos: mezcla de óxidos Al203-13%Ti02l cermet Cr203-5%Mo, cermet Cr203- 10%Mo, cermet Cr203-15%Mo y cermet Cr203-20%Ni20Cr.

14.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 12 donde la deposición de la capa metálica de anclaje se realiza con los siguientes parámetros:

caudal de gas portador: entre 0,22 NLPM y 0,30 NLPM

caudal de gas plasmógeno: entre 0,68 y 1,75 NLPM; caudal de gas envolvente: 3,50 y 3,90 NLPM; flujo de polvo proyectado: entre 1,71 g/min y 3,96 g/min; presión de aire comprimido: 2,8 bar;

Intensidad de corriente: entre 45 y 60A.

15.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 14 donde la deposición de la capa metálica de anclaje se realiza con los siguientes parámetros:

caudal de gas portador:0,25 NLPM;

caudal de gas plasmógeno: 1,5 NLPM;

caudal de gas envolvente: 3,70 NLPM;

flujo de polvo proyectado 1,71 g/min;

intensidad: 55 A;

16.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 13 donde la deposición de la capa absorbedora se realiza con los siguiente parámetros:

caudal de gas portador: 0,25 NLPM;

caudal de gas envolvente: 3,70 NLPM;

presión de aire comprimido: 2,8 bares.

17.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 16 donde el polvo de partida para la deposición de la capa absorbedora es de oxido de cromo (Cr203) y:

caudal de gas plasmógeno: entre 0,68 NLPM y 1,75 NLPM ;

flujo de polvo proyectado:entre 1,8 g/min y 3,21g/min;

Intensidad de corriente: entre 45 y 60A.

18.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 17 donde:

- caudal de gas plasmógeno: 0,88 NLPM;

flujo de polvo proyectado 3,21 g/min;

intensidad: 50 A.

19.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 16 donde el polvo de partida para la deposición de la capa absorbedora es una mezcla de óxidos AI203-13%Ti02 y su deposición se realiza con los siguientes parámetros:

caudal de gas plasmógeno: entre 1,40 NLPM y 1,60 NLPM;

flujo de polvo proyectado: entre 2,46 y 3,53 g/min;

Intensidad de corriente: entre 45 y 60A.

20.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 19 , donde:

caudal de gas plasmógeno: 1,60 NLPM;

flujo de polvo proyectado 3,53 g/min;

intensidad: 55 A.

21.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 16 donde el polvo de partida para la deposición de la capa absorbedora es una mezcla de cermet un Cr2O3-10%Mo y su deposición se realiza con los siguientes parámetros:

caudal de gas plasmógeno: entre 0,88 NLPM y 1,50 NLPM;

flujo de polvo proyectado: entre 3,00 y 3,80 g/min;

Intensidad de corriente: entre 50 y 65A.

22.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 21 donde:

- caudal de gas plasmógeno: 0,88 NLPM;

flujo de polvo proyectado: 3,25 g/min;

intensidad: 55 A.

23.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 16 donde el polvo de partida para la deposición de la capa absorbedora es una mezcla de un cermet Cr203-20%Ni20Cr y su deposición se realiza con los siguientes parámetros:

caudal de gas plasmógeno: entre 0,88 NLPM y 1,50 NLPM;

flujo de polvo proyectado: entre 2,90 y 4,00 g/min;

Intensidad de corriente: entre 50 y 65A.

24.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 23, donde:

caudal de gas plasmógeno: 0,88 NLPM;

flujo de polvo proyectado: entre 2,99 g/min;

Intensidad de corriente: 52A.

25.- Procedimiento para la preparación in situ de recubrimientos absorbentes para receptores solares centrales según reivindicación 9, donde el espesor de la capa absorbedora depositada es superior a 100 pm.

26.- Recubrimiento absorbente para receptor solar central depositado mediante el procedimiento descrito en las reivindicaciones 9-25.