Unión mecánica hermética entre vidrio y metal para tubos receptores usados en las plantas solares,

de las que utilizan un fluido portador del calor, que emplea una fuerza mecánica para realizar el sellado entre los tubos interiores metálicos y los tubos exteriores de vidrio, entre los que se establece un elevado vacío para evitar pérdidas térmicas, utilizando para tal sellado una junta metálica flexible y deformable, la cual, debidamente comprimida, se adapta a las superficies correspondientes de los tubos a sellar, y ello para conseguir de este modo la debida estanqueidad entre los respectivos tubos, previéndose además un eventual sistema continuo para mantener el necesario vacío entre ambos tipos de tubos

Unión mecánica hermética entre vidrio y metal para tubos receptores usados en las plantas solares.

La presente invención, que se pretende proteger como Patente de Invención se refiere a un método de unión más fiable entre un tubo de vidrio y otro metálico en la fabricación de tubos receptores usados en plantas solares en sus diferentes aplicaciones: generación de electricidad, producción de calor para calefacción y elaboración de combustibles solares, así como en diversos procesos termoquímicos.

Antecedentes de la invención

Si bien la unión entre un vidrio (frágil) y un metal (dúctil) es un problema resuelto mediante la técnica de soldadura, muy empleada, sobre todo, en el campo de la electrónica, cuando ésta técnica intenta ser utilizada en macrocuerpos, sometidos a continuos cambios de temperatura, se originan roturas en las uniones debidas a los diferentes coeficientes de dilatación de uno y otro material.

Los tubos absorbedores o receptores son los encargados de recoger la energía térmica del sol concentrada sobre ellos, por los que se hace circular un fluido, portador de calor, que absorbe dicha energía para ser posteriormente utilizada como fuente de energía.

Las plantas solares trabajan a temperaturas máximas cercanas a los 400ºC. Debido a la discontinuad diaria del recurso energético, el sol, los tubos absorbedores se ven sometidos a cambios de temperatura entre el día y la noche que oscilan entre los 400ºC y los 0ºC. Esto hace que las partes que componen los tubos receptores se vean sometido a fuertes esfuerzos de origen térmico.

En la actualidad, los tubos absorbedores están formados por tubos metálicos por los que circula un fluido térmico que absorbe la energía concentrada del sol. Coaxialmente a ellos, se disponen tubos de vidrio, de silicato de boro, y se emplean unas piezas metálicas, con forma de fuelle de revolución, que se unen por su circunferencia exterior a los tubos de vidrio y por su circunferencia interior a los tubos metálicos, encerrando así espacios entre ambos tipos de tubos (vidrio y metal). En dichos espacios, se realizan vacíos elevados, consiguiendo de esta manera reducir las perdidas térmicas propias de las altas temperaturas alcanzadas por los correspondientes dispositivos, haciendo así que tanto los receptores como las plantas solares sean más eficientes. Debido a la necesidad de mantener vacíos elevados, se precisa de un sistema absolutamente hermético entre las partes descritas.

Actualmente, el sistema de sellado, que permite mantener el vacío en el interior del citado espacio, consiste en una unión soldada entre el tubo de vidrio, de silicato de boro, y una pieza metálica, de material denominado Kovar® (aleación de hierro, níquel y cobalto). Esta pieza se une posteriormente a un fuelle que evita que los esfuerzos a los que esta sometido el tubo afecten a la unión.

Este tipo de unión soldada presenta problemas de rotura, en un porcentaje bajo de juntas, pero de cuantía significativa. Al producirse la rotura de la junta, hay una pérdida súbita del vacío dentro del tubo y, a las temperaturas habituales de trabajo y en contacto con el oxígeno del aire, el recubrimiento selectivo del tubo metálico interior queda dañado irreversiblemente. Así, tras una rotura de este tipo, el sistema completo queda inservible y debe ser repues- to.

Descripción de la invención

Para obviar los problemas anteriores, la invención que a continuación se plantea proporciona una unión entre vidrio y metal que mantiene los elevados niveles exigibles de vacío, con una fiabilidad y una durabilidad muy considerables. Por otra parte, en caso de fallo, el sistema de sellado experimentará una degradación progresiva, y no súbita, del nivel de vacío entre las partes correspondientes, lo que en muchos casos puede evitar el deterioro irreversible del respectivo dispositivo, como se explicará más adelante.

El concepto de unión mecánica hermética de la invención se basa en el uso de una junta metálica flexible para alto vacío, denominada Helicoflex®, encargada de absorber la fuerza ejercida por elementos mecánicos entre una brida de vidrio y un conjunto de piezas metálicas. La junta metálica flexible confiere la propiedad de adaptarse a las superficies con las cuales tiene contacto, originando así el sellado necesario.

El vacío interior se realizará, según el nivel deseado, por cualquiera de los diferentes procedimientos convencionales al efecto, pudiendo practicarse a través de una oliva de evacuación en el vidrio, o mediante una válvula montada en la brida metálica de sellado.

Por otra parte en caso de fallo, el sistema de sellado experimenta una degradación progresiva del nivel de vacío, siempre inferior a una atmósfera, pudiendo disponerse de un eventual sistema continuo de mantenimiento del vacío, evitando de esta manera la sustitución completa del tubo en el supuesto de fracaso del sellado.

Descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la invención, se adjuntan dos figuras, en las cuales se representa lo que sigue:

En la figura 1, una vista de un tubo absorbedor de tipo convencional, y

En la figura 2, una vista de un tubo absorbedor según la presente invención.

En ellas, las referencias que sobre las mismas aparecen tienes los significados siguientes:

1.- Tubo metálico interior.

2.- Tubo de vidrio exterior.

3.- Fuelle metálico de unión.

4.- Junta metálica flexible.

5.- Brida de vidrio.

6.- Conjunto de piezas metálicas.

Descripción de una realización preferida

Intentando superar los inconvenientes señalados anteriormente para los tubos absorbedores convencionales, como el que refleja la figura 1, en los cuales el tubo interior metálico (1) y el tubo exterior de vidrio (2), ambos coaxiales, se unen mediante un fuelle metálico de material denominado Kovar®, la invención propone, como realización preferida, conforme a lo que se visualiza en la figura 2, el uso de una junta metálica flexible y adaptable por compresión, del tipo denominado Helicoflex® (4), que se sitúa entre la brida de vidrio (5) y un conjunto de piezas metálicas (6), asegurando así la deseable estanqueidad entre una y otras, entre las cuales se establece un elevado vacío, que eventualmente puede mantenerse mediante un adecuado sistema continuo montado al efecto.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la presente invención, así como los efectos técnicos y los beneficios nuevos que de la misma se puedan derivar.

Los términos en los que se ha redactado la presente memoria técnica deberán ser tomados siempre en el sentido más amplio y menos limitativo que resulte compatible con la esencialidad de la invención que en ella se describe y reivindica.

1. Unión mecánica hermética entre vidrio y metal para tubos receptores usados en las plantas solares, de las que utilizan un fluido portador de calor, que se caracteriza por el empleo de una junta metálica flexible (4) para alto vacío y que trabaja a temperaturas de aproximadamente 400ºC, que se adapta a las superficies con las cuales tiene contacto y que mediante el empleo de una fuerza mecánica asegura la estanqueidad entre ellas y que se sitúa en el exterior del tubo de vidrio entre una brida de vidrio situada en el extremo de tubo de vidrio (5) y un conjunto de piezas metálicas (6) y que posee la propiedad de que en caso de fallo o rotura de la junta no se origina una pérdida súbita de vacío dentro del tubo sino que experimenta una degradación progresiva del nivel de vacío.

2. Unión mecánica hermética entre vidrio y metal para tubos receptores usados en las plantas solares, según reivindicación 1, caracterizada por el empleo de un eventual sistema continuo que garantiza el mantenimiento del vacío entre ambos tipos de tubos, incluso frente a un fallo o rotura de la junta.