Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar,

siendo el tubo colector de los que comprenden un tubo exterior de vidrio (2), un tubo interior metálico (3) por donde circula el fluido caloportador, una cámara de vacío entre ambos tubos y en los extremos, pastillas de getter no evaporable (1) que absorben las posibles moléculas de gas que originan pérdida de vacío entre el tubo interior (3) y el exterior (2) y sendas tapas (8) donde se coloca un dispositivo compensador de expansión tipo fuelle (4), denominado bellow, los tubos interior metálico (3) y exterior de vidrio (2) se colocan de manera excéntrica, dejando una zona más amplia que otra en la tapa (8) siendo ese espacio más ancho el que se utiliza para la colocación, mediante pegado, de las pastillas de getter no evaporable (1).

Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar.

Sector técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro del sector de la energía termosolar, concretamente dentro de los desarrollos de tubos colectores solares y más detalladamente se centra en la posible ubicación de los getter no evaporables o evacuadores de vacío dentro de este tipo de tubos colectores.

Antecedentes de la invención

Los getters son materiales sólidos, aleaciones de diferentes metales, capaces de absorber químicamente moléculas de gas en su superficie. Son ampliamente usados para una variedad de aplicaciones como en aceleradores de partículas, tubos de vacío, sistemas de purificación de gas inerte, etcétera.

El getter no evaporable de la invención será utilizado en un tubo de vacío de los que se emplean como receptores solares. En general, estos receptores constan de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera el vacío. El tubo interior, por el que circula el fluido que se calienta, es metálico y el tubo exterior es de vidrio habitualmente de borosilicato.

Entre ambos tubos se coloca un dispositivo compensador de expansión en forma de fuelle, de manera que permite el movimiento relativo entre el tubo metálico y de vidrio, absorbiendo las tensiones que se crearían por la diferencia existente entre los coeficientes de dilatación de ambos y garantizando así el vacío.

Además del dispositivo compensador de expansión, este tipo de tubos requiere la instalación de materiales que detecten y supriman las moléculas de hidrógeno que pueden introducirse en la zona del vacío. Estas moléculas se producen por la degeneración térmica que sufre el aceite que se utiliza como fluido caloportador y que circula por el interior del tubo metálico, debido a las altas temperaturas que alcanza. Estas moléculas acaban pasando a través del tubo metálico y entrando en la zona de vacío, aumentando las pérdidas térmicas y en consecuencia, disminuyendo de manera importante la eficiencia del sistema.

Es por eso que siempre se instalan aleaciones del tipo getter no evaporable en la zona de vacío para que, en el caso de que haya alguna molécula de H₂, sea captada por la superficie de este material.

En los desarrollos conocidos hasta el momento existen diferentes diseños de getter no evaporables que se ubican en distintas localizaciones dentro de la zona de vacío.

Un ejemplo se encuentra en la patente US 2007034204 A1 de SCHOTT. En este documento el getter no evaporable está dispuesto en un espacio anular exterior entre el dispositivo compensador de expansión y el elemento de transición vidrio-metal. El getter es protegido de la radiación solar incidente por el elemento de transición vidrio-metal y de la radiación reflejada, por el dispositivo compensador de expansión. Así pues, queda una estructura que radialmente, de dentro a fuera, está compuesta por el tubo de metal, elemento de conexión, dispositivo compensador de expansión, getter no evaporable, elemento de transición vidrio-metal y tubo de vidrio.

Esta disposición tiene una serie de inconvenientes como son: aumento del diámetro mínimo necesario de tubo de vidrio para albergar todos esos elementos en su interior, someter al getter a los esfuerzos mecánicos que sufre el fuelle de compensación de expansión o bellow, necesidad de introducir las pastillas redondas de getter en una vaina y con una malla protectora que roza con el dispositivo de compensación de expansión y, en el caso de necesitar más cantidad de material para aumentar la absorción, no queda más remedio que aumentar el tamaño o el número de las pastillas de getter, lo que implica aumentar diámetro del tubo de vidrio.

Además, como sólo se instala en uno de los dos extremos del tubo, supone que el tubo tenga distinta geometría a ambos lados. Por todo ello, el montaje es muy artesanal y no hay forma de automatizarlo pues, adicionalmente, las pastillas que forman el getter son finas y muy frágiles.

Otro ejemplo se encuentra en el desarrollo de la empresa SOLEL SOLAR SYSTEMS LTD, que ubica los getter a lo largo del tubo, alejándose de las tapas, como en el documento IL153872 A, donde coloca un soporte dentro del área de vacío y a lo largo del tubo absorbedor donde coloca las pastillas de getter. Eso conlleva a una pérdida de eficiencia pues se disminuye radicalmente la superficie útil para captación de radiación solar.

Así pues, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un nuevo diseño para ubicar el getter no evaporable de los tubos absorbedores de manera que se consiga todavía mayor facilidad de montaje que en el anterior, sin dejar de solventar todos los inconvenientes descritos del estado de la técnica, incluso aumentando la rigidez del tubo y sin disminuir la eficiencia del sistema.

Descripción de la invención

La invención consiste en una nueva disposición de getter para tubo colector solar, así como varias modificaciones en el resto del tubo, mayoritariamente en sus extremos, acordes con esta nueva disposición.

La función del getter no evaporable, a pesar de su importancia, no ha de interferir con el principal propósito del tubo receptor que es la de maximizar su rendimiento térmico. Su disposición ha de permitir esta situación sin comprometer su función de garantizar el correcto envejecimiento del producto.

Como se ha comentado anteriormente, por sus diversas ubicaciones en el estado de la técnica, originaba una geometría de carcasa diferente en cada uno de los dos extremos para poder alojarlo, que a su vez condicionaba el valor del diámetro del cilindro de vidrio o borosilicato.

Para solventar los problemas encontrados en el estado de la técnica conocido, se han desarrollado nuevas propuestas de diseño vinculadas a la geometría y disposición, tanto del tubo colector, como del conjunto de getters no evaporables.

Estas nuevas propuestas son:

1. Nueva geometría con tubo metálico similar al actual pero con tubo de vidrio de mayor diámetro y con una excentricidad definida respecto al tubo metálico en función de la óptica del colector. La excentricidad del tubo permite mejorar el comportamiento óptico del tubo receptor por cuanto el tubo de vidrio puede aprovecharse como sustrato para añadir un reconcentrador de la radiación solar mediante un espejado parcial, que se comenta a continuación.

2. El tubo de vidrio nuevo está parcialmente espejado. La zona espejada se convierte en una superficie óptica con tolerancias que deben ser minimizadas y controladas pues irregularidades excesivas en esta superficie óptica pueden provocar que los rayos reflejados no alcancen el tubo metálico. El espejado puede aplicarse directamente sobre la cara interior del tubo de vidrio o espejando directamente sobre la cara exterior del tubo de vidrio o añadiendo un film o espejo fino sobre cualesquiera de las caras interior o exterior del tubo de vidrio.

3. La radiación solar llega al tubo metálico en todo el perímetro. La distribución de flujo no es uniforme en el perímetro; el flujo de calor es mayor en el perímetro que se encuentra directamente enfrentado al reflector primario. Estas nuevas condiciones de contorno provocan que el estado tensional generado ante esta nueva carga térmica sea diferente de la conocida en el estado de la técnica.

4. El tubo metálico y el tubo de vidrio deben estar en sección siempre en la misma posición pues cualquier desplazamiento relativo puede provocar que los rayos se escapen. Como el tubo metálico y el tubo de vidrio tienen coeficientes de dilatación térmica diferentes y la geometría de los tubos cambia, el elemento compensador de dilataciones (bellow) deberá permitir, ante la nueva carga térmica definida en el punto 3, la deformación axial relativa entre ambos tubos, a la vez que se asegure el control de los desplazamientos relativos entre el tubo metálico y el de vidrio fuera de su eje. Para ello un nuevo concepto de bellow debe ser desarrollado con frontal con espesores variables y rigidizaciones locales (nervios).

5. Nuevo concepto de getter. La nueva geometría de bellow origina nuevos conceptos de disposición de las pastillas de getter así como la excentricidad de los tubos, generan un espacio libre en las tapas que se aprovechará para la nueva ubicación del getter, de manera que se solventen los problemas encontrados en...

1. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar, siendo el tubo colector de los que comprenden un tubo exterior de vidrio (2), un tubo interior metálico (3) por donde circula el fluido caloportador, una cámara de vacío entre ambos tubos y en los extremos, pastillas de getter no evaporable (1) que absorben las posibles moléculas de gas que originan pérdida de vacío entre el tubo interior (3) y el exterior (2) y sendas tapas (8) donde se coloca un dispositivo compensador de expansión tipo fuelle (4), denominado bellow, caracterizado porque los tubos interior metálico (3) y exterior de vidrio (2) se colocan de manera excéntrica, dejando una zona más amplia que otra en la tapa (8) siendo ese espacio más ancho el que se utiliza para la colocación, mediante pegado, de las pastillas de getter no evaporable (1).

2. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la tapa (8) se refuerza con una serie de nervios radiales (5).

3. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 2 caracterizado porque los nervios (5) son equidistantes.

4. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 2 caracterizado porque los nervios (5) son de espesor variable.

5. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 4 caracterizado porque el extremo más fino del nervio (5) es el que está más cerca del centro de la tapa (8).

6. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la tapa (8) es de espesor variable (6) según las distintas zonas.

7. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la tapa (8) es de espesor variable (6) y además tiene nervios (5).

8. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 2 ó 7 caracterizado porque las pastillas de getter (1) se adhieren en el espacio que queda libre entre los nervios (5).

9. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque a una zona del tubo exterior de vidrio (2) se le realiza un espejado (7).

10. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 9 caracterizado porque el espejado puede aplicarse directamente sobre la cara interior del tubo de vidrio.

11. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 9 caracterizado porque el espejado se realiza directamente sobre la cara exterior del tubo de vidrio.

12. Nueva disposición de getter no evaporable para tubo colector solar según reivindicación 9 caracterizado porque el espejado se realiza añadiendo un film o espejo fino sobre cualesquiera de las caras interior o exterior del tubo de vidrio.