TUBO DE ABSORCION.

Se describe un tubo de absorción (1) para aplicaciones térmicas solares,

especialmente para colectores internos parabólicos en centrales de energía térmica solar. El tubo de absorción (1) presenta un tubo central (3) y un tubo envolvente (2) circundante, en el que entre los dos tubos se forma un espacio anular (4). Entre el tubo central (3) y el tubo envolvente (2) está prevista una instalación de compensación de la dilatación (10). El extremo interior (12) de la instalación de compensación de la dilatación (10) está conectado a través de un elemento de conexión (20) con el tubo central (3), en el que el elemento de conexión (20) se extiende desde el extremo interior (12) de la instalación de compensación de la dilatación (10) a través del intersticio anular interior (30), formado entre la instalación de compensación de la dilatación (10) y el tubo central (3). El elemento de conexión (20) presenta una ventana de hidrógeno (50)

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200601168.

Solicitante: SCHOTT AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HATTENBERGSTRASSE, 10,D-55122 MAINZ - ALEMANIA.

Inventor/es: KUCKELKORN,DR. THOMAS, BENZ,DR. NIKOLAUS.

Fecha de Solicitud: 8 de Mayo de 2006.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 21 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/04
  • F24J2/14

Clasificación PCT:

  • F24J2/04
  • F24J2/14
TUBO DE ABSORCION.

Fragmento de la descripción:

Tubo de absorción.

La invención se refiere a un tubo de absorción para aplicaciones térmicas solares según el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Los tubos de absorción para colectores interiores parabólicos se emplean para la utilización de energía de radiación solar. La energía de radiación solar es concentrada a través de un espejo guiado a continuación sobre un tubo de absorción y es convertida en calor. El calor es disipado a través de un medio portador de calor y es empleado directamente como calor de proceso o para la conversión en energía eléctrica.

Se conoce a partir del documento DE 102 31 467 B4 un tubo de absorción con un tubo central y con un tubo envolvente de cristal, que rodea el tubo central. En los extremos libres del tubo envolvente está dispuesto, respectivamente, un elemento de transmisión de vidrio y metal. El tubo central y el elemento de transmisión de vidrio y metal están conectados entre sí por medio de al menos una instalación de compensación de la dilatación de manera que se pueden desplazar relativamente entre sí en la dirección longitudinal. La instalación de compensación de la dilatación está dispuesta al menos parcialmente en el espacio anular entre el tubo central y el elemento de transmisión de vidrio y metal. La instalación de compensación de la dilatación asume de esta manera dos funciones. Por una parte, se garantiza la compensación de la dilatación entre el tubo de metal y el tubo envolvente y al mismo tiempo se mantiene la radiación reflejada por el tubo central alejada del elemento de transmisión de vidrio y metal a través de la instalación de compensación de la dilatación, de manera que no puede tener lugar ningún recalentamiento en esta zona y no se perjudica el cierre hermético a vacío entre el tubo central y el tubo envolvente.

Puesto que el elemento de compensación de la dilatación no está dispuesto en dirección axial junto al elemento de transmisión de vidrio y metal sino debajo de este elemento de transmisión de vidrio y metal, se acorta en una medida considerable la forma de construcción y al mismo tiempo se reduce la superficie sombreada del tubo de absorción, lo que implica de nuevo una elevación de la potencia del tubo de absorción. De esta manera se forma un grupo estructural compacto que está constituido por la instalación de compensación de la dilatación y por el elemento de transmisión de vidrio y metal, que garantiza de una manera sencilla un cierre hermético a vacío y hace innecesarios componentes adicionales, como una pantalla colocada en el interior. Como instalación de compensación de la dilatación está previsto, por ejemplo, un fuelle.

Para la generación de la corriente solar es necesaria una zona de temperatura de trabajo del tubo de absorción entre 300ºC y 400ºC. El tubo de absorción es atravesado por una corriente de aceite térmico.

Debido al envejecimiento del aceite térmico se forma hidrógeno libre, que está disuelto en el aceite térmico. Este hidrógeno llega por medio de permeación a través del tubo central hasta el espacio anular evacuado entre el tubo central y el tubo envolvente de vidrio. La tasa de permeación se incrementa a medida que se eleva la temperatura de funcionamiento, con lo que también se incrementa la presión en el espacio anular. Este incremento de la presión conduce a pérdidas de calor elevadas y a un rendimiento más reducido del tubo de absorción.

Para mantener el vacío en el intersticio anular, son necesarias medidas correspondientes. Una medida para eliminar hidrógeno en el espacio anular consiste en ligarlo a través de materiales adecuados. A tal fin se utilizan los llamados afinadores de vacíos.

Se conoce a partir del documento WO 2004/063640 A1 una disposición de afinadores de vacíos, en la que un carril de afinador de vacíos está dispuesto en el espacio anular entre el tubo central y el tubo envolvente. Esta disposición tiene el inconveniente de que el carril se encuentra en una zona, que puede estar expuesta a radiación directa. En particular, los rayos que, procedentes desde el espejo, faltan en el tubo central o solamente afectan con una incidencia rasante y son reflejados en una proporción alta, pueden conducir al calentamiento del carril de afinadores de vacíos. Puesto que el carril de afinadores de vacíos está, por decirlo así, separado térmicamente a vacío del tubo central y del tubo envolvente, la temperatura del carril y, por lo tanto, del afinador de vacío, puede oscilar en gran medida condicionado por la radiación. Puesto que los materiales del afinador de vacío, con un grado de carga predeterminado, presentan una presión de equilibrio condicionada por la temperatura (equilibrio entre la desorción de gas y la adsorción), las oscilaciones de la temperatura del afinador de vacío conducen a oscilaciones no deseadas de la presión. En general, las variables características para los materiales de los afinadores de vacíos son la tasa de adsorción y la presión de equilibrio. Ambas variables se incrementan, en general, a medida que se eleva la temperatura. Otro inconveniente consiste en que se emplean piezas brutas prensadas cilíndricas, que se desintegran en un estado en forma de polvo en el caso de carga alta de hidrógeno. El polvo se distribuye cuando se emplea un carril en el espacio intermedio evacuado y conduce al empeoramiento de la transmisión de la radiación del tubo envolvente.

Otra medida para eliminar hidrógeno consiste en derivarlo hacia fuera a la atmósfera. Se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 0 286 281 Al aplicar una membrana de un material con alta tasa de permeación para hidrógeno y reducida tasa de permeación para otros gases entre vacío y la atmósfera exterior. El material se puede escapar a través de esta membrana a la atmósfera, sin que puedan penetrar otros gases en el vacío. A tal fin, el tubo de vidrio posee una ventana conformada en forma de tubo, que está cerrada por medio de una membrana permeable a hidrógeno de paladio o de otra aleación de paladio. También en esta ventana puede estar insertado un tubito de paladio, que se extiende en el espacio anular. Como otra alternativa, también el fuelle puede estar recubierto con paladio.

La ventana de hidrógeno está expuesta, sin embargo, directamente a la radiación solar incidente. En virtud de la calefacción fuerte a través de la radiación solar se produce un calentamiento local del tubo envolvente de vidrio, que puede conducir a la rotura del cristal. Se conoce a partir de las centrales de energía de California que con ello se obtiene una tasa de deterioro de los tubos de absorción del 5% aproximadamente en el funcionamiento. Además, una ventana de hidrógeno de este tipo que se encuentra en el exterior está expuesta a otras influencias del medio ambiente como lluvia o contaminación. A través del agua de la lluvia se produce corrosión con la consecuencia de la destrucción de toda la ventana de hidrógeno.

Los operadores de tubos han pasado, por lo tanto, en parte, a cubrir la ventana de hidrógeno, con lo que ésta no puede cumplir ya su función de la manera prevista.

A partir del documento EP 0 286 281 A1, el cometido de la invención es acondicionar un tubo de absorción con ventana de hidrógeno, que se caracteriza por una duración de vida útil más prolongada.

Este cometido se soluciona con un tubo de absorción, en el que el extremo interior de la instalación de compensación de la dilatación está conectado a través de un elemento de conexión con el tubo central, extendiéndose el elemento de conexión desde el extremo interior de la instalación de compensación de la dilatación a través del intersticio anular interior, que está formado entre la instalación de compensación de la dilatación y el tubo central y el elemento de conexión presenta la ventana de hidrógeno.

La ventana de hidrógeno es protegida de esta manera a través del elemento de compensación de la dilatación y a través del elemento de conexión frente a la radiación solar, de manera que no se pueden producir recalentamientos locales y daños. Además, la ventana de hidrógeno está dispuesta protegida también frente a otras influencias como, por ejemplo, agua de lluvia. Esta medida contribuye, por lo tanto, de una manera decisiva a una prolongación de la duración de vida útil del tubo de absorción.

La ventana de hidrógeno está dispuesta, además, de una manera inmediata en la proximidad del tubo central. A través de la temperatura de funcionamiento del tubo central se garantiza que la ventana de hidrógeno tenga una temperatura...

 


Reivindicaciones:

1. Tubo de absorción (1) para aplicaciones térmicas solares, especialmente para colectores internos parabólicos en centrales de energía térmica solar,

con un tubo central (3) y con un tubo envolvente (2), que rodea al tubo central (3), de vidrio bajo la configuración de un espacio anular (4) entre el tubo central (3) y el tubo envolvente (2), en el que el tubo central (3) y el tubo envolvente (2) se pueden desplazar relativamente entre sí en la dirección longitudinal por medio de al menos una instalación de compensación de la dilatación (10) y están conectados entre sí, y

con al menos una ventana de hidrógeno (50),

caracterizado porque el extremo interior (12) de la instalación de compensación de la dilatación (10) está conectado, a través de un elemento de conexión (20), con el tubo central (3),

en el que el elemento de conexión (20) se extiende desde el extremo interior (12) de la instalación de compensación de la dilatación (10) a través del intersticio anular interior (30), que está formado entre la instalación de compensación de la dilatación (10) y el tubo central (3), y

porque el elemento de conexión (20) presenta la ventana de hidrógeno (50).

2. Tubo de absorción según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de conexión (20) se extiende al menos hasta la proximidad del extremo exterior (13) de la instalación de compensación de la dilatación (10).

3. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque entre el elemento de conexión (20) y el tubo central (3) se encuentra un primer intersticio anular (31), que presenta una anchura entre 1 y 10 mm.

4. Tubo de absorción según la reivindicación 3, caracterizado porque la anchura del primer intersticio anular (31) está entre 1 y 2 mm.

5. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la ventana de hidrógeno (50) presenta paladio o una aleación de paladio.

6. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la ventana de hidrógeno (50) está dispuesta completamente debajo de la instalación de compensación de la dilatación (10).

7. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una sección (51) de la ventana de hidrógeno (50) se extiende parcialmente en el espacio anular (4).

8. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en un intersticio anular exterior (33) entre el tubo central (3) y el tubo envolvente (2) está dispuesto al menos un afinador de vacío (60).

9. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el extremo exterior (13) de la instalación de compensación de la dilatación (10) está conectado a través de un elemento de conexión de vidrio y metal (40) con el tubo envolvente (2), caracterizado porque el afinador de vacío (60) está dispuesto en una sección (34) del intersticio anular exterior (33) entre la instalación de compensación de la dilatación (10), por una parte, y el elemento de conexión de vidrio y metal (40).

10. Tubo de absorción según la reivindicación 9, caracterizado porque el extremo exterior (42) del elemento de conexión de vidrio y metal (40) está conectado a través de un disco anular (43) con el extremo exterior (13) de la instalación de compensación de la dilatación (10).

11. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque el elemento de conexión de vidrio y metal (40) presenta un escalón anular (41).

12. Tubo de absorción según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el afinador de vacío (60) presenta un metal con energía de activación reducida.


 

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