UNIÓN DE VIDRIO Y METAL, APROPIADA EN PARTICULAR PARA UN COLECTOR SOLAR TUBULAR DE VACÍO.

Unión de vidrio y metal, en particular para un colector solar tubular de vacío,

con una pieza de unión metálica (1), que une a prueba de vacío un tubo eferente de calor (3) y un tubo envolvente (2) de vidrio, estando un extremo (5) del tubo envolvente (2) conformado hacia dentro a manera de un rebordeado, de modo que mediante fusión encierra a prueba de vacío una sección de borde (7) exterior de la pieza de unión metálica (1)

La invención se refiere a una unión de vidrio y metal con un tubo envolvente de vidrio inorgánico, apropiada en particular para un colector solar tubular de vacío.

En colectores solares tubulares de vacío de este tipo se encuentra dispuesta en el interior del tubo envolvente evacuado una superficie absorbente de la radiación solar que está integrada térmicamente con el tubo o bien con varios tubos mediante una técnica de unión adecuada. Dicho tubo o bien los tubos sirven para el transporte del calor solar absorbido mediante un líquido transportador que actúa como portador térmico. Ambos extremos del tubo envolvente deben estar cerrados a prueba de vacío.

Por lo general, un extremo del tubo envolvente está cerrado a prueba de vacío por medio de la fusión de vidrio.

Es conocido cerrar a prueba de vacío el otro extremo del tubo envolvente mediante una unión de vidrio y metal, atravesando un tubo eferente de calor o varios tubos eferentes de calor una pieza de unión metálica y estando unido con esta a prueba de vacío mediante una unión por soldadura o soldeo. El borde exterior de la unión de vidrio y metal del colector solar tubular de vacío forma, por su parte, una unión a prueba de vacío con el tubo envolvente de vidrio. La pieza de unión metálica y la unión a prueba de vacío en el borde exterior de la pieza de unión forman, en conjunto, la unión de vidrio y metal.

El problema técnico de una unión a prueba de vacío entre un vidrio y un metal consiste en que los coeficientes de dilatación de vidrios y de metales son, normalmente, muy diferentes y, consecuentemente, los cambios de temperatura producen fisuras por tensión y, por lo tanto, pérdida de vacío.

Para solucionar el problema existen una serie de realizaciones técnicas.

De acuerdo con "Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik", Berlin, Verlag Julius Springer, 1936, se conocen soluciones en las que se producen uniones de vidrio y metal para vidrios con un coeficiente de dilatación muy bajo, como vidrios de cuarzo o vidrios al borosilicato, fusionando uno con el otro una serie de vidrios intermedios con coeficientes de dilatación crecientes, de modo que la diferencia entre los coeficientes de dilatación de los vidrios fusionados en cada caso es tal que no supera una magnitud determinada. Si la diferencia de dilatación respecto del metal es lo suficientemente pequeña, se une por fusión el metal a la última pieza de vidrio.

Un inconveniente en esta solución es su complicación y los gastos muy elevados necesarios para la unión por fusión del vidrio intermedio o vidrios intermedios (cola de caballo). La automatización de un procedimiento de este tipo es virtualmente imposible.

El documento US 2005/0181925A1 describe una solución técnica en la que el objetivo consiste en posibilitar una tecnología de producción automática. En esta solución se indica para dos diferentes vidrios al borosilicato una aleación metálica adecuado en el coeficiente de dilatación, que presenta un coeficiente de dilatación de 5 E-6 / K y con el cual es posible una unión por fusión de un tubo, en la cual el tubo de vidrio es fundido a prueba de vacío con un tubo metálico, penetrando el tubo metálico de pared delgada axialmente en el borde del tubo de vidrio de pared gruesa.

Una desventaja es que la solución propuesta es apropiada solamente para vidrios al borosilicato a fabricar a partir de materias primas caras y energéticamente costosas y que la fabricación de uniones de vidrio y metal es un proceso de múltiples etapas, porque el tubo metálico, por su parte, debe ser conectado a prueba de vacío con el tubo eferente de calor mediante una pieza de unión.

De acuerdo con "Technologie der Glasverschmelzungen" Leipzig 1961, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG se conocen las así llamadas uniones por fusión de tubos metálicos a tubos de vidrio. Dichas uniones por fusión de tubos tienen en común que el tubo metálico penetra axialmente en el borde de vidrio calentado o se une por fusión en forma unilateral. Si existe una diferencia mayor en los coeficientes de dilatación entre el metal y el vidrio, el metal debe conformarse en forma de cuchilla. El espesor de la cuchilla de metal, el gradiente de la cuchilla y la anchura de las uniones por fusión dependen del diámetro del tubo metálico a unir por fusión y a prueba de vacío y no se dan a conocer en el escrito mencionado anteriormente para tubos de cobre.

Del documento GB 222 510 surge una unión de vidrio y metal cuya sección de borde exterior presenta una cuchilla en la que axialmente se encuentra unida por fusión una pieza de vidrio separada. Se trata de una típica soldadura de cuchilla de vidrio con metal de materiales.

El documento GB 452 558 da a conocer una tecnología para una soldadura de vidrio con metal mecanizada. A través de la sección de borde de un tubo metálico realizada como cuchilla se forma desde dentro hacia fuera una pieza de vidrio y se fusiona con la sección de borde.

Mediante otro paso tecnológico, tanto en la solución técnica de acuerdo con el documento GB 222 510 como también con el documento GB 452 558 se une por fusión, axialmente, a la pieza conformada de vidrio un tubo de vidrio mediante una llamada unión "end to end".

La patente US 4 231 353 da a conocer una solución en la que una o dos tapas metálicas, que envuelven el tubo envolvente en forma simétrica por rotación, están moldeadas de modo que el tubo envolvente vítreo de vidrio al bicarbonato de calcio-sodio de un colector solar tubular de vacío engrana en ranuras anulares en el borde exterior de las tapas. En ello, el tubo envolvente penetra en un material líquido inicialmente, por lo general polvo de vidrio al plomo, que se fusiona en la ranura y solidifica allí. Se produce, de este modo, una unión a prueba de vacío entre la tapa metálica y el tubo envolvente. Las tapas se componen de una aleación de Ni-Cr-Fe. A través del centro de las tapas pasa(n) el o los tubo(s) eferente(s) de calor para transferir el calor. Los tubos eferentes de calor están unidos a prueba de vacío con las tapas por medio de soldaduras o soldeos.

La desventaja de este proceso son los tiempos de proceso significativos debidos a la aplicación y unión por fusión del polvo de vidrio al plomo y el manejo complicado de tapas y tubo envolvente, de modo que el procedimiento propuesto sólo es automatizable con los mayores esfuerzos técnicos.

Además, también se conocen uniones de vidrio y metal según "Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik", Berlin, Verlag Julius Springer, 1936. También en este caso, los tubos a unir por fusión y a prueba de vacío están equipados de cuchillas correspondientes, para compensar las diferentes dilataciones de vidrio y metal producidas con los cambios de temperatura. Las desventajas son las descritas anteriormente.

Es el objetivo de la invención poner a disposición una unión de vidrio y metal, en particular para un colector solar tubular de vacío que permanece a prueba de vacío por muy largo tiempo, que resiste los esfuerzos mecánicos por dilataciones, impactos de vapor y presiones del viento, tecnológicamente sencilla, en particular automático de fabricar y que requiere reducidos gastos de material.

El objetivo se consigue de conformidad con la invención mediante una unión de vidrio y metal con las características de la reivindicación 1.

Con la invención se relaciona la preferencia de que la unión de vidrio y metal puede fabricarse mecánicamente de manera sencilla y, por lo tanto, fácilmente automatizable y, debido a ello, también económica en costes. La forma especial del rebordeado del vidrio y la configuración de la pieza de unión tienen la ventaja particular de que tanto las tensiones inherentes como las tensiones bajo carga pueden ser absorbidas por el vidrio, cosa que garantiza la hermeticidad al vacío de la unión por un largo periodo, aún con una significativa acción de fuerzas, por ejemplo, fuerzas de dilatación, del viento y de cavitación.

Una forma de realización especial de la invención dispone que la pieza de unión metálica esté conectada a prueba de vacío con un tubo eferente de calor o varios tubos eferentes de calor.

Según otra forma de realización de la invención, la pieza de unión metálica y el vidrio del tubo envolvente tienen, aproximadamente, un coeficiente de dilatación lineal de igual magnitud.

Según una forma... [Seguir leyendo]

1. Unión de vidrio y metal, en particular para un colector solar tubular de vacío, con una pieza de unión metálica (1), que une a prueba de vacío un tubo eferente de calor (3) y un tubo envolvente (2) de vidrio, estando un extremo (5) del tubo envolvente (2) conformado hacia dentro a manera de un rebordeado, de modo que mediante fusión encierra

5 a prueba de vacío una sección de borde (7) exterior de la pieza de unión metálica (1).

2. Unión de vidrio y metal según la reivindicación 1, caracterizada porque la pieza de unión (1) está conectada a prueba de vacío con un tubo eferente de calor (3) o varios tubos eferentes de calor (3).

3. Unión de vidrio y metal según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la pieza de unión (1) y el vidrio del tubo envolvente (2) tienen, aproximadamente, un coeficiente de dilatación lineal de igual magnitud.

10  4. Unión de vidrio y metal según la reivindicación 3, caracterizada porque el coeficiente de dilatación lineal α del vidrio del tubo envolvente (2) es de 9,5 x E -6 / K a 10,1 x E -6 / K.

5. Unión de vidrio y metal según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la pieza de unión metálica

(1) se compone de una aleación metálica que contiene un componente de níquel de ≥ 50%, un componente de

manganeso de ≤ 0,6 %, un componente de aluminio de ≤ 0,1 %, un componente de cromo de ≤ 0,25% y un compo15 nente de silicio de ≤ 0,3 %, en cada caso complementado con un componente de hierro.

6. Unión de vidrio y metal según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la sección de borde externa

(7) de la pieza de unión (1) presenta un espesor de 0,1 mm a 0,5 mm, preferentemente de 0,2 mm, y, sobre una longitud de 2 mm a 8 mm, preferentemente 4,2 mm, está envuelta a prueba de vacío por el extremo (5) del tubo envolvente (2). 7. Unión de vidrio y metal según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque, antes de la unión por fusión del tubo envolvente (2) se ha aplicada sobre la sección de borde circundante (7) de la pieza de unión (1) una capa de óxido obtenida mediante un tratamiento térmico o varios tratamientos térmicos.