Tubo central para una central termosolar de concentración lineal con capa absorbente así como procedimiento para aplicar esta capa absorbente.

Procedimiento para aplicar una capa absorbente (12) a un tubo central (11) para una central termosolar de concentración lineal, caracterizado porque la capa absorbente

(12) se aplica mediante inyección con gas frío, en donde como material se precipita metal duro con contenido de carburo de wolframio resistente a la corrosión, en especial WC-CoCr, WC-Co, WC-FeCo, WC-FeC, WC-FeNi, WC-Ni o WC-NiCr.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/063441.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: KRUGER, URSUS, REZNIK,DANIEL, STIER,OLIVER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/46 (Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/07 (Colectores que trabajan a alta temperatura, p. ej. para centrales solares)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/05 (rodeados de una envolvente transparente, p. ej. colectores solares con una envoltura en vacío)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > Revestimiento a partir de polvos inorgánicos (pulverización... > C23C24/04 (Deposición de partículas por impacto)

PDF original: ES-2527320_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Tubo central para una central termosolar de concentración lineal con capa absorbente así como procedimiento para aplicar esta capa absorbente.

La invención se refiere a un procedimiento para aplicar una capa absorbente a un tubo central para una central termosolar de concentración lineal. Asimismo la invención se refiere a un tubo central para una central termosolar de concentración lineal con una capa absorbente.

Las centrales termosolares de concentración lineal son de conocimiento general. Éstas pueden estar ejecutadas como una central de acanaladuras parabólicas. Éstas presentan unos colectores de acanaladuras parabólicas que tienen una sección transversal parabólica abierta hacia arriba, de tal modo que pueda incidir la luz solar. Los rayos solares son reflejados por la superficie interior de la acanaladura e inciden en un tubo central, en el que circula un fluido acumulador de calor (por ejemplo un aceite o una fusión de sal) . El medio de transmisión de calor en el tubo central alimenta el calor por ejemplo a una producción térmica de corriente. Alternativamente también pueden usarse colectores de Fresnel, en los que la luz solar se recoge con una lente de Fresnel en lugar de con un espejo parabólico. A continuación las centrales termosolares de concentración reciben también abreviadamente el nombre de central solar. Además de esto cabe citar que el término central debe entenderse en el sentido más amplio. Con los colectores citados anteriormente no sólo pueden equiparse máquinas térmicas como turbinas, sino que el calor acumulado en el medio acumulador de calor puede aprovecharse también directamente.

Para conseguir el mayor grado de eficacia posible de la central solar es necesario alimentar la mayor parte posible de la energía solar al medio de transmisión de calor. Con este fin el tubo central se dota de una capa absorbente selectiva espectralmente, que presenta el mayor grado de absorción solar α posible el menor grado de emisión térmica ε posible. Para una transformación eficiente de energía luminosa solar en energía térmica, las capas absorbentes deberían tener en general un gran grado de absorción solar α y un pequeño grado de emisión térmica ε a la temperatura de funcionamiento respectiva. Las capas absorbentes selectivas espectralmente están por ello caracterizadas por una reflectividad baja (Ï?â 0) para longitudes de onda λ inferiores a 2 μm y una reflectividad alta (Ï?â 1) para longitudes de onda λ superiores a 2 μm Por ello existe una necesidad de capas absorbentes selectivas espectralmente que puedan producirse de forma sencilla y económica para centrales termosolares de concentración lineal que, a temperaturas por ejemplo superiores a unos 500º C en el aire, sean estables química y térmicamente. Una capa absorbente ideal tendría un grado de absorción solar α⥠0, 98 y un grado de emisión térmica εâ 0, 05, al menos a 500º C. Para un funcionamiento a las llamadas temperaturas medias, en la materialización técnicamente usual de capas absorbentes se busca un grado de absorción solar α > 0, 85 y un grado de emisión térmica ε < 0, 15 a 400º C. La resistencia de la capa absorbente al aire en estas condiciones de funcionamiento es otro objetivo fundamental, ya que hace superfluo un encapsulamiento al vacío de los tubos centrales en colectores de acanaladuras parabólicas, hoy todavía imperante y constructivamente complejo.

Por ello puede ser concebible tener en cuenta también menores grados de absorción solar α y/o mayores grados de emisión térmica ε que los citados anteriormente, si para ello puede conseguirse económicamente más favorablemente la resistencia al aire en las condiciones de funcionamiento buscadas. Estos recubrimientos que pueden producirse económicamente se conocen de instalaciones con acanaladuras parabólicas comerciales para temperaturas de funcionamiento de hasta 300º C (empresa SOLERA sunpower) , que están diseñadas principalmente para la generación de calor de procesamiento pero no para generar corriente. Sin embargo, no son adecuados para temperaturas de funcionamiento muy superiores, de unos 400º C.

Conforme al documento US 4, 005, 698 es conocido poner a disposición en general superficies como transformadores en banda ancha para energía luminosa, que tengan unas características superficiales de tipo dendrita. Aquí es importante que las dendritas estén situadas en el margen de la longitud de onda o de múltiplo bajo de esta longitud de onda, en cuanto a su altura y su separación, para garantizar una absorción óptima de la luz de la longitud de onda correspondiente. Las capas dendríticas pueden precipitarse a partir de la fase gaseosa conforme al documento US 4, 005, 698.

Conforme al documento DE 197 43 428 A1 y al documento EP 0 015 487 A1 se describen unos colectores solares térmicos, cuya estructura es conocida fundamentalmente desde hace tiempo. Estos presentan siempre una unidad colectora óptica, por ejemplo en forma de un espejo parabólico, con el que se centra la radiación solar. En el centro colector para la radiación solar se encuentra un medio, que puede recoger la radiación solar y es guiado por ejemplo en un tubo central.

Conforme al documento DE 27 25 914 A1 se describe que un tubo central de este tipo o una unidad colectora comparable para la radiación solar puede dotarse de un recubrimiento, que mejora la absorción de la luz solar. Éste puede estar compuesto por ejemplo por una capa de carburo metálico, que se crea mediante atomización y precipitación de los componentes de capa sobre el tubo central. Los valores que pueden conseguirse aquí para la rugosidad de la superficie de la capa creada están dentro del margen de los nanómetros.

La tarea de la invención consiste en indicar un tubo central con capa absorbente, respectivamente un procedimiento para recubrir este tubo central con una capa absorbente, con el que pueda conseguirse un grado de eficacia razonablemente elevado de la central solar, en donde la capa absorbente sin embargo debe poder producirse de una forma relativamente económica o hacer posible unos costes de producción reducidos de la estructura total, por ejemplo debido a que la capa absorbente sea resistente al aire.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención con el procedimiento citado al comienzo, por medio de que la capa absorbente se aplica mediante inyección con gas frío. En el caso de la inyección con gas frío se trata precisamente de forma ventajosa de un procedimiento con el que pueden conseguirse las velocidades de aplicación, respectivamente los grosores de capa, relativamente elevada (o) s, normales para procedimientos de inyección térmicos. Por ello este procedimiento puede utilizarse ventajosamente de forma muy económica. Por otro lado, mediante la inyección con gas frío pueden conseguirse las conductividades térmicas normales de las capas creadas, para capas precipitadas o pulverizadas iónicamente de forma electroquímica o desde la fase gaseosa, que también condicionan la idoneidad funcional de la capa absorbente. Evidentemente puede prescindirse ventajosamente de los procedimientos habituales de precipitación electroquímicos o desde la fase gaseosa, respectivamente de la pulverización iónica, ya que aquí sólo pueden crearse directamente unos grosores de capa muy reducidos y por lo tanto tendría que repetirse varias veces el proceso de recubrimiento, con lo que el procedimiento de recubrimiento se encarecería considerablemente. Asimismo es ventajoso que la capa absorbente sea resistente a la erosión por polvo, en especial arena, ya que las centrales solares se erigen de forma preferida en regiones que también tienen un suelo seco.

De forma preferida para la inyección con gas frío, que también... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para aplicar una capa absorbente (12) a un tubo central (11) para una central termosolar de concentración lineal, caracterizado porque la capa absorbente (12) se aplica mediante inyección con gas frío, en donde como material se precipita metal duro con contenido de carburo de wolframio resistente a la corrosión, en especial WC-CoCr, WC-Co, WC-FeCo, WC-FeC, WC-FeNi, WC-Ni o WC-NiCr.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de la capa absorbente (12) está producida con una rugosidad cuadrática de cómo máximo 1 μm en una región próxima de cómo máximo 50 μm de diámetro.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se precipita una capa multiestrato o una capa de gradiente o una capa multi-estrato formada por estratos de gradiente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los parámetros de procedimiento se eligen de tal modo, a la hora de crear la región de la capa absorbente (11) próxima al sustrato, que se obtiene una estructura de capa al menos en gran medida libre de poros.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los parámetros de procedimiento y/o las partículas para recubrir, a la hora de crear la capa sobre el tubo central en la dirección perimétrica y/o en la dirección longitudinal del tubo central, se varían de forma diferente.

6. Tubo central para una central termosolar de concentración lineal con una capa absorbente, caracterizado porque ésta se compone de un metal duro con contenido de carburo de wolframio resistente a la corrosión, en especial WC-CoCr, WC-Co, WC-FeCo, WC-FeC, WC-FeNi, WC-Ni o WC-NiCr, en donde la capa absorbente presenta una rugosidad de entre 0, 5 y 6 μm, cuyo perfil de superficie puede describirse mediante un espectro de Fourier bidimensional de la posición en altura H dependiente del lugar, que no presenta, para ninguna de las frecuencias espaciales que se corresponden con periodos superiores a 6 μm y menores como máximo a 50 μm, unas amplitudes que son mayores que la amplitud máxima de las frecuencias espaciales que se corresponden con periodos inferiores a 6 μm.

7. Tubo central según la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie de la capa absorbente (12) presenta una rugosidad cuadrática de como máximo 1 μm en una región próxima de como máximo 50 μm de diámetro.

8. Tubo central (11) según una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque éste presenta un grado de absorción solar α > 85% y un grado de emisión térmica ε < 15%, al menos a 400º C.

9. Tubo central (11) según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el material y/o la configuración estructural de la capa absorbente (12) son diferentes en la dirección perimétrica y/o en la dirección longitudinal del tubo central (11) .

10. Tubo central según la reivindicación 9, caracterizado porque la característica de absorción y de emisión de la capa absorbente (12) en la dirección perimétrica y/o en la dirección longitudinal del tubo central (11) es diferente.